(57)【要約】【課題】水素の製造、貯蔵、及び消費に伴って発生する排熱ロスを低減することが可能な新規な水素製造・貯蔵・消費システムを提供すること。【解決手段】水素製造・貯蔵・消費システム１０ａは、水電解装置１２と、水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ａ）１４と、水素タンク（Ａ）１４から放出される水素ガスを消費する水素消費装置１６と、水電解装置１２の陽極室１２ｂに水を供給する気液分離器（Ａ）１８と、少なくとも陽極室１２ｂ−水素タンク（Ａ）１４間で循環水を循環させる循環水ライン（Ａ）３０と、少なくとも水素タンク（Ａ）１４−水素消費装置１６間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ａ）４０と、水素ガスを水素タンク（Ａ）１４又は水素消費装置１６に供給する水素ガスライン（Ａ）５０と、水素貯蔵モードと水素消費モードを実行するための制御装置とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた水素製造・貯蔵・消費システム。
（１）前記水素製造・貯蔵・消費システムは、
水素ガスを発生させるための水電解装置と、
前記水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ａ）と、
前記水素タンク（Ａ）から放出される前記水素ガスを消費する水素消費装置と、
前記水電解装置の陽極室に水を供給し、かつ、前記陽極室から排出される水から酸素を分離する気液分離器（Ａ）と、
少なくとも前記陽極室と、前記水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で循環水を循環させる循環水ライン（Ａ）と、
少なくとも前記水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ａ）と、
前記水電解装置で発生させた前記水素ガスを前記水素タンク（Ａ）に供給し、又は、前記水素タンク（Ａ）から放出される前記水素ガスを前記水素消費装置に供給する水素ガスライン（Ａ）と、
前記水素製造・貯蔵・消費システムの動作を制御する制御装置と
を備えている。
（２）前記制御装置は、
前記水素ガスを製造・貯蔵する時には、前記水電解装置から前記水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記陽極室と、前記水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を制御する水素貯蔵モード実行手段と、
前記水素ガスを消費する時には、前記水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を制御する水素消費モード実行手段と
を備えている。
【請求項２】
前記循環水ライン（Ａ）と前記冷却水ライン（Ａ）とが共用された共用ライン（Ａ）と、
前記共用ライン（Ａ）の両端に設けられた第１切替装置（Ａ）と
をさらに備え、
前記水素タンク（Ａ）は、前記共用ライン（Ａ）に設けられており、
前記第１切替装置（Ａ）は、前記循環水又は前記冷却水を、前記循環水ライン（Ａ）又は前記冷却水ライン（Ａ）のいずれか一方に切り替えて流すためのものからなる
請求項１に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
【請求項３】
前記循環水ライン（Ａ）及び／又は前記冷却水ライン（Ａ）に対して並列に接続された第１バイパスラインと、
前記第１バイパスラインに設けられた冷却装置と、
前記第１バイパスラインの両端に設けられた第２切替装置と
をさらに備え、
前記第２切替装置は、前記循環水又は前記冷却水を、
（ａ）前記循環水ライン（Ａ）若しくは前記冷却水ライン（Ａ）、又は
（ｂ）前記第１バイパスライン、
のいずれか一方に切り替えて流すためのものからなる
請求項１又は２に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
【請求項４】
前記気液分離器（Ａ）は、気液分離後の前記循環水が前記水素タンク（Ａ）に供給されるように、前記循環水ライン（Ａ）に設けられている
請求項１から３までのいずれか１項に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
【請求項５】
前記循環水ライン（Ａ）及び前記冷却水ライン（Ａ）に接続された第１水素タンク（Ａ）と、
前記第１水素タンク（Ａ）を迂回するように、前記循環水ライン（Ａ）及び前記冷却水ライン（Ａ）に接続された第２バイパスライン（Ａ）と、
前記第２バイパスライン（Ａ）に設けられた第２水素タンク（Ａ）と、
前記第２バイパスライン（Ａ）の両端に設けられた第３切替装置（Ａ）と、
をさらに備え、
前記第３切替装置（Ａ）は、前記循環水又は前記冷却水を、前記第１水素タンク（Ａ）又は前記第２水素タンク（Ａ）のいずれか一方に切り替えて流すためのものからなる
請求項１から４までのいずれか１項に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
【請求項６】
前記第１水素タンク（Ａ）は、前記水素消費装置の作動圧力Ｐにおける平衡温度がＴ1(Ｐ)である第１水素吸蔵合金（Ａ）が内封されており、
前記第２水素タンク（Ａ）は、前記水素消費装置の作動圧力Ｐにおける平衡温度がＴ2(Ｐ)（≠Ｔ1(Ｐ)）である第２水素吸蔵合金（Ａ）が内封されている
請求項５に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
【請求項７】
前記Ｔ1(Ｐ)及び前記Ｔ2(Ｐ)は、前記水素消費装置の最大排熱温度未満である請求項６に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
【請求項８】
水素圧力Ｐ＝０．１ＭＰａにおいて、Ｔ2(Ｐ)＜Ｔ1(Ｐ)である請求項６又は７に記載の水素貯蔵・供給・消費システム。
【請求項９】
前記制御装置は、以下の手段をさらに備えている請求項８に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
（Ａ）ＴE＜ＴE1（ＴEは前記水電解装置の温度、ＴE1は第１閾値）である時には、前記水電解装置から前記第２水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を切り替え、かつ、前記陽極室と、前記第２水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を切り替える初期水素貯蔵モード実行手段。
（Ｂ）ＴE1≦ＴE≦ＴE2（ＴE2は第２閾値）である時には、前記水電解装置から前記第１水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を切り替え、かつ、前記陽極室と、前記第１水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を切り替える第１定常水素貯蔵モード実行手段。
【請求項１０】
前記制御装置は、以下の手段をさらに備えている請求項９に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
（Ｃ）前記循環水ライン（Ａ）が前記冷却装置を備えている場合において、ＴE＞ＴE2である時には、前記水電解装置から前記第１水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を切り替え、かつ、前記陽極室と、前記第１水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）と、前記冷却装置との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を切り替える第２定常水素貯蔵モード実行手段。
【請求項１１】
前記制御装置は、以下の手段をさらに備えている請求項８から１０までのいずれか１項に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
（Ｄ）ＴF＜ＴF1（ＴFは前記水素消費装置の温度、ＴF1は第１閾値）である時には、前記第２水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を切り替え、かつ、前記第２水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を切り替える初期水素消費モード実行手段。
（Ｅ）ＴF1≦ＴF≦ＴF2（TF2は第２閾値）である時には、前記第１水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を切り替え、かつ、前記第１水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を切り替える第１定常水素消費モード実行手段。
【請求項１２】
前記制御装置は、以下の手段をさらに備えている請求項１１に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
（Ｆ）前記冷却水ライン（Ａ）が前記冷却装置を備えている場合において、ＴF＞ＴF2である時には、前記第１水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を切り替え、かつ、前記水素消費装置と、前記第１水素タンク（Ａ）と、前記冷却装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を制御する第２定常水素消費モード実行手段。
【請求項１３】
以下の構成をさらに備えた請求項１から１２までのいずれか１項に記載の水素製造・貯蔵・消費システム。
（１）前記水素製造・貯蔵・消費システムは、
前記水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ｂ）と、
前記水電解装置の陰極室に水を供給し、かつ、前記陰極室から排出される水から水素を分離する気液分離器（Ｂ）と、
少なくとも前記陰極室と、前記水素タンク（Ｂ）と、前記気液分離器（Ｂ）との間で循環水を循環させる循環水ライン（Ｂ）と、
少なくとも前記水素タンク（Ｂ）と、前記水素消費装置との間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ｂ）と、
前記水電解装置で発生させた前記水素ガスを前記水素タンク（Ｂ）に供給し、又は、前記水素タンク（Ｂ）から放出される前記水素ガスを前記水素消費装置に供給する水素ガスライン（Ｂ）と、
をさらに備えている。
（２）前記水素貯蔵モード実行手段は、前記水素ガスを製造・貯蔵する時には、
前記水電解装置から前記水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記陽極室と、前記水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を制御し、又は、これと同時に、
前記水電解装置から前記水素タンク（Ｂ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ｂ）を制御し、かつ、少なくとも前記陰極室と、前記水素タンク（Ｂ）と、前記気液分離器（Ｂ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ｂ）を制御するものからなる。
（３）前記水素消費モード実行手段は、前記水素ガスを消費する時には、
前記水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を制御し、これと同時に又はこれとは別に、
前記水素タンク（Ｂ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ｂ）を制御し、かつ、少なくとも前記水素タンク（Ｂ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ｂ）を制御するものからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造・貯蔵・消費システムに関し、さらに詳しくは、水素製造装置、水素貯蔵装置、及び水素消費装置が一体となったシステムであって、各装置からの排熱を相互に有効利用することによって、水素の製造、貯蔵、及び消費に伴って発生する排熱ロスを低減することが可能な水素製造・貯蔵・消費システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水電解装置は、水を電気分解することにより、水素と酸素を製造する装置である。水電解装置としては、固体高分子電解質膜を隔膜に用いた水電解装置（固体高分子形（ＰＥＭ）水電解装置）、アルカリ電解液を隔壁で仕切った水電解装置、固体酸化物を電解質に用いた高温水電解装置などが知られている。これらの内、ＰＥＭ水電解装置は、水のみを用いて水素を発生させることができる、水素ガス中に水以外の不純物は含まれない、作動温度が低い、などの利点がある。そのため、ＰＥＭ水電解装置、及び、これを用いたシステムに関し、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、陰極側に循環水を供給するための水供給タンクを電解槽の上方側に設置し、水供給タンクから循環水を自然落下させ、電解質膜の下端側から上端側に向かって循環水を流す固体高分子膜型水電解装置が開示されている。
同文献には、
（ａ）陰極側に循環水を流さない場合、陰極表面に水素ガスの気泡がたまり、水電解効率が低下する点、及び、
（ｂ）電解槽の上に水供給タンクを設置すると、自然落下により陰極側に循環水を流すことができるので、気泡の抜けが良好となり、電解効率が向上する点
が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、
（ａ）余剰電力を用いてＰＥＭ水電解装置により水素を製造し、
（ｂ）製造された水素を水素貯蔵合金に吸蔵させ、
（ｃ）非常時には貯蔵した水素を燃料電池に供給し、発電を行う
水素貯蔵発電システムが提案されている。
【０００５】
水電解装置は、温度が高くなるほど、水の電解効率が向上する。そのため、始動後に電解効率を向上させるためには、水電解装置を速やかに加熱する必要がある。
しかしながら、ヒータ等の加熱装置を用いて水電解装置を昇温させる方法を用いた場合、消費電力量が増加し、システム全体のエネルギー効率が低下する。また、水電解装置のオーム損失により生じるジュール熱を用いて水電解装置を昇温させる方法もあるが、この方法もまたオーム損失分の電力が消費され、システム全体のエネルギー効率が低下する。
【０００６】
さらに、水電解装置で製造された水素ガスを高圧ガスタンクで貯蔵する場合において、貯蔵密度を向上させるためには、電解水素圧力の上昇が必須となる。しかし、電解水素圧力が上昇すると、背反として電解効率が低下する。さらに、電解水素圧力以上の水素圧力で水素ガスを水素消費装置に供給する場合には昇圧器が必要となり、システム全体のエネルギー効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８５３６８
【特許文献２】特開平０８−０６４２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、水素製造装置、水素貯蔵装置、及び水素消費装置が一体となったシステムであって、各装置からの排熱を相互に有効利用することによって、水素の製造、貯蔵、及び消費に伴って発生する排熱ロスを低減することが可能な新規な水素製造・貯蔵・消費システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る水素製造・貯蔵・消費システムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記水素製造・貯蔵・消費システムは、
水素ガスを発生させるための水電解装置と、
前記水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ａ）と、
前記水素タンク（Ａ）から放出される前記水素ガスを消費する水素消費装置と、
前記水電解装置の陽極室に水を供給し、かつ、前記陽極室から排出される水から酸素を分離する気液分離器（Ａ）と、
少なくとも前記陽極室と、前記水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で循環水を循環させる循環水ライン（Ａ）と、
少なくとも前記水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ａ）と、
前記水電解装置で発生させた前記水素ガスを前記水素タンク（Ａ）に供給し、又は、前記水素タンク（Ａ）から放出される前記水素ガスを前記水素消費装置に供給する水素ガスライン（Ａ）と、
前記水素製造・貯蔵・消費システムの動作を制御する制御装置と
を備えている。
（２）前記制御装置は、
前記水素ガスを製造・貯蔵する時には、前記水電解装置から前記水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記陽極室と、前記水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を制御する水素貯蔵モード実行手段と、
前記水素ガスを消費する時には、前記水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を制御する水素消費モード実行手段と
を備えている。
【００１０】
本発明に係る水素製造・貯蔵・消費システムは、以下の構成をさらに備えていても良い。
（１）前記水素製造・貯蔵・消費システムは、
前記水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ｂ）と、
前記水電解装置の陰極室に水を供給し、かつ、前記陰極室から排出される水から水素を分離する気液分離器（Ｂ）と、
少なくとも前記陰極室と、前記水素タンク（Ｂ）と、前記気液分離器（Ｂ）との間で循環水を循環させる循環水ライン（Ｂ）と、
少なくとも前記水素タンク（Ｂ）と、前記水素消費装置との間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ｂ）と、
前記水電解装置で発生させた前記水素ガスを前記水素タンク（Ｂ）に供給し、又は、前記水素タンク（Ｂ）から放出される前記水素ガスを前記水素消費装置に供給する水素ガスライン（Ｂ）と、
をさらに備えている。
（２）前記水素貯蔵モード実行手段は、前記水素ガスを製造・貯蔵する時には、
前記水電解装置から前記水素タンク（Ａ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記陽極室と、前記水素タンク（Ａ）と、前記気液分離器（Ａ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ａ）を制御し、又は、これと同時に、
前記水電解装置から前記水素タンク（Ｂ）に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ｂ）を制御し、かつ、少なくとも前記陰極室と、前記水素タンク（Ｂ）と、前記気液分離器（Ｂ）との間で前記循環水が循環するように前記循環水ライン（Ｂ）を制御するものからなる。
（３）前記水素消費モード実行手段は、前記水素ガスを消費する時には、
前記水素タンク（Ａ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ａ）を制御し、かつ、少なくとも前記水素タンク（Ａ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ａ）を制御し、これと同時に又はこれとは別に、
前記水素タンク（Ｂ）から前記水素消費装置に前記水素ガスが供給されるように前記水素ガスライン（Ｂ）を制御し、かつ、少なくとも前記水素タンク（Ｂ）と、前記水素消費装置との間で前記冷却水が循環するように前記冷却水ライン（Ｂ）を制御するものからなる。
【発明の効果】
【００１１】
水電解装置の始動直後において、水電解装置で発生した水素ガスを水素タンクに供給すると、水素貯蔵材料が水素ガスを吸蔵する。その結果、吸蔵熱により水素タンクの温度が上昇する。これと同時に、水素タンク−水電解装置間で循環水を循環させると、吸蔵熱が水電解装置に伝達され、水電解装置の温度が上昇する。そのため、外部熱源を用いることなく、水電解装置の温度を速やかに適正温度まで昇温させることができる。
【００１２】
また、水素タンクから水素消費装置への水素ガスの供給を開始すると、水素消費装置において水素ガスが消費され、熱が発生する。これと同時に、水素タンク−水素消費装置間で冷却水を循環させると、水素消費装置の排熱が水素タンクに伝達され、水素タンクの温度が上昇する。そのため、外部熱源を用いることなく、水素貯蔵材料に水素ガスの放出熱を供給すること（すなわち、水素ガスの放出を促進させること）ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水素製造・貯蔵・消費システムの模式図である。
【図２】図１に示す水素製造・貯蔵・消費システムの初期水素貯蔵モード時における水素ガス及び循環水の流れの模式図である。
【図３】図１に示す水素製造・貯蔵・消費システムの第１定常水素貯蔵モード時における水素ガス及び循環水の流れの模式図である。
【図４】図１に示す水素製造・貯蔵・消費システムの第２定常水素貯蔵モード時における水素ガス及び循環水の流れの模式図である。
【００１４】
【図５】図１に示す水素製造・貯蔵・消費システムの初期水素消費モード時における水素ガス及び冷却水の流れの模式図である。
【図６】図１に示す水素製造・貯蔵・消費システムの第１定常水素消費モード時における水素ガス及び冷却水の流れの模式図である。
【図７】図１に示す水素製造・貯蔵・消費システムの第２定常水素消費モード時における水素ガス及び冷却水の流れの模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る水素製造・貯蔵・消費システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  水素製造・貯蔵・消費システム（１）］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る水素製造・貯蔵・消費システムの模式図を示す。なお、図１では、水素ガスライン（Ａ）、循環水ライン（Ａ）、及び冷却水ライン（Ａ）のみが図示されており、電気回路は省略されている。
【００１６】
図１において、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａは、
水素ガスを発生させるための水電解装置１２と、
水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ａ）１４（第１水素タンク（Ａ）１４ａ、第２水素タンク（Ａ）１４ｂ）と、
水素タンク（Ａ）１４から放出される水素ガスを消費する水素消費装置１６と、
水電解装置１２の陽極室１２ｂに水を供給し、かつ、陽極室１２ｂから排出される水から酸素を分離する気液分離器（Ａ）１８と、
少なくとも陽極室１２ｂと、水素タンク（Ａ）１４と、気液分離器（Ａ）１８との間で循環水を循環させる循環水ライン（Ａ）３０と、
少なくとも水素タンク（Ａ）１４と、水素消費装置１６との間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ａ）４０と、
水電解装置１２で発生させた水素ガスを水素タンク（Ａ）１４に供給し、又は、水素タンク（Ａ）１４から放出される水素ガスを水素消費装置１６に供給する水素ガスライン（Ａ）５０と、
水素製造・貯蔵・消費システムの１０ａ動作を制御する制御装置（図示せず）と
を備えている。
水素製造・貯蔵・消費システム１０ａは、循環水又は冷却水を冷却するための冷却装置２０をさらに備えていても良い。
【００１７】
［１．１．  水電解装置］
水電解装置１２は、水を電解分解し、水素と酸素を製造するための装置である。本発明において、水電解装置１２の構造は、特に限定されない。図１に示す例において、水電解装置１２は、ＰＥＭ水電解装置であって、固体高分子電解質膜１２ａと、固体高分子電解質膜の一方の面に形成された陽極室１２ｂと、他方の面に形成された陰極室１２ｃと、陽極−陰極間に電力を供給するための直流電源（図示せず）とを備えている。
【００１８】
水電解装置１２で用いられる直流電源の種類は、特に限定されない。直流電源は、商用電源であっても良く、あるいは、太陽電池、風力発電機などの再生可能エネルギー由来の電源であっても良い。
さらに、水電解装置１２は、水電解装置１２内の温度を検出するための第１温度検出装置（図示せず）を備えている。第１温度検出装置で検出された温度は、水素ガスを製造・貯蔵する時に、循環水ライン（Ａ）３０及び水素ガスライン（Ａ）５０を切り替える際に用いられる。この点は、後述する。
【００１９】
陽極室１２ｂには、循環水が供給される。陽極室１２ｂに循環水を供給しながら、陽極−陰極間に電力を供給すると、陽極室１２ｂでは酸素が発生し、陰極室１２ｃでは水素が発生する。すなわち、陽極室１２ｂに供給される循環水は、電気分解の原料となる。さらに、本発明において、循環水は、水電解装置１２と水素タンク（Ａ）１４との間で熱交換を行うための熱交換媒体でもある。
【００２０】
なお、図１に示す水電解装置１２は、陰極室１２ｃ側に循環水を循環させない片側水循環方式の水電解装置であるが、陰極室１２ｃにも循環水を循環させる両極水循環方式の水電解装置であっても良い。
陰極室１２ｃにも循環水を循環させる方法としては、
（ａ）水素タンク（Ａ）１４と熱交換を行うことなく、単に水素ガスを分離するための気液分離器（Ｂ）と陰極室１２ｃとの間で循環水を循環させる方法、
（ｂ）水素タンク（Ａ）１４又はこれとは異なる水素タンク（Ｂ）と熱交換を行いながら、気液分離器（Ｂ）と陰極室１２ｃとの間で循環水を循環させる方法、
などがある。後者の方法については、後述する。
【００２１】
［１．２．  水素タンク（Ａ）］
［１．２．１．  概要］
水素タンク（Ａ）１４は、水電解装置１２で製造された水素ガスを一時的に貯蔵し、貯蔵された水素ガスを水素消費装置１６に供給するためのものである。本発明において、水素タンク（Ａ）１４は、水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封したタンク（ＭＨタンク）からなる。水素貯蔵材料は、水素ガスの吸蔵時には発熱し、水素ガスの放出時には吸熱する。
本発明において、水素タンク（Ａ）１４は、循環水が循環する循環水ライン（Ａ）３０を介して水電解装置１２に熱的に接続され、冷却水が循環する冷却水ライン（Ａ）４０を介して水素消費装置１６と熱的に接続されている。そのため、水素ガスの吸蔵時に放出される吸蔵熱は、水電解装置１２の昇温に再利用される。また、水素ガスの放出時に必要な放出熱は、水素消費装置１６からの排熱で賄われる。
【００２２】
［１．２．２．  水素タンク（Ａ）の個数］
水素タンク（Ａ）１４は、１個であっても良く、あるいは、２個以上であっても良い。水素タンク（Ａ）１４が１個であっても、水素の吸蔵・放出、並びに、水電解装置１２及び水素消費装置１６との熱交換は可能である。しかし、水素貯蔵材料には、それぞれ、適切な水素吸蔵・放出温度があるため、水素タンク（Ａ）１４が１個であると、システムの制御に制約を伴う場合がある。
【００２３】
例えば、水素タンク（Ａ）１４が１個であり、かつ、水素タンク（Ａ）１４に低温で水素を吸蔵・放出可能な低温型水素貯蔵材料が内封されている場合、始動性は良好である。しかし、水電解装置１２及び／又は水素消費装置１６の温度が過度に上昇すると、水素タンク（Ａ）１４の内圧が過度に上昇するおそれがある。
一方、水素タンク（Ａ）１４が１個であり、かつ、水素タンク（Ａ）１４に高温で水素を吸蔵・放出可能な高温型水素貯蔵材料が内封されている場合、水電解装置１２及び／又は水素消費装置１６の温度が過度に上昇しても、水素タンク（Ａ）１４の内圧が過度に上昇するおそれがない。しかしながら、高温型水素貯蔵材料は、始動性に劣る。
【００２４】
そのため、水素タンク（Ａ）１４を２個以上に分割し、各タンクに水素吸蔵・放出特性の異なる水素貯蔵材料を内封するのが好ましい。熱交換媒体の温度に応じて、熱交換を行うタンクを切り替えると、始動性が良好となり、かつ、タンクの内圧が過度に上昇することもない。
図１に示す例において、水素タンク（Ａ）１４は、第１水素タンク（Ａ）１４ａと、第２水素タンク（Ａ）１４ｂの２つに分割されている。第１水素タンク（Ａ）１４ａと第２水素タンク（Ａ）１４ｂは、循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０に並列に接続されている。
【００２５】
［１．２．３．  水素貯蔵材料］
水素タンク（Ａ）１４には、水素貯蔵材料が内封されている。本発明において、水素貯蔵材料の組成は、特に限定されない。但し、上述したように、水素タンク（Ａ）１４が複数個に分割されている場合、各タンクには、それぞれ水素吸蔵・放出特性の異なる水素貯蔵材料を内封するのが好ましい。
水素貯蔵材料としては、例えば、粒子表面に不純物ガス（水蒸気、酸素）に対する耐性がある被膜（例えば、ニッケル、銅、有機−無機複合体）が形成された水素吸蔵合金が好ましい。
【００２６】
図１に示す例において、第１水素タンク（Ａ）１４ａは、水素消費装置１６の作動圧力Ｐにおける平衡温度がＴ1(Ｐ)である第１水素吸蔵合金（Ａ）が内封されており、
第２水素タンク（Ａ）１４ｂは、水素消費装置１６の作動圧力Ｐにおける平衡温度がＴ2(Ｐ)（≠Ｔ1(Ｐ)）である第２水素吸蔵合金（Ａ）が内封されている。
この場合、Ｔ1(Ｐ)及びＴ2(Ｐ)は、それぞれ、水素消費装置１６の最大排熱温度未満であるのが好ましい。これは、水素消費装置１６からの排熱のみによって、水素を放出させるためである。
【００２７】
さらに、水素圧力Ｐ＝０．１ＭＰａにおいて、Ｔ2(Ｐ)＜Ｔ1(Ｐ)であるのが好ましい。すなわち、第１水素タンク（Ａ）１４ａに高温型水素貯蔵材料を内封し、第２水素タンク（Ａ）１４ｂに低温型水素貯蔵材料を内封するのが好ましい。始動時には第２水素タンク（Ａ）１４ｂを使用し、定常運転時には第１水素タンク（Ａ）１４ａを使用すると、始動性が良好となり、かつ、タンクの内圧が過度に上昇することもない。
【００２８】
［１．３．  水素消費装置］
水素消費装置１６は、水素タンク（Ａ）１４から放出される水素ガスを消費する装置である。本発明において、水素消費装置１６の種類は、特に限定されない。水素消費装置１６としては、例えば、燃料電池、水素燃料エンジンなどがある。
水素消費装置１６は、水素消費装置１６の温度を検出する第２温度検出装置（図示せず）を備えている。第２温度検出装置で検出された温度は、水素ガスを消費する時に、冷却水ライン（Ａ）４０及び水素ガスライン（Ａ）５０を切り替える際に用いられる。この点は、後述する。
【００２９】
［１．４．  気液分離器（Ａ）］
気液分離器（Ａ）１８は、水電解装置１２の陽極室１２ｂに水を供給し、かつ、陽極室１２ｂから排出される水から酸素を分離するためのものである。気液分離器（Ａ）１８の構造は、酸素を分離可能なものである限りにおいて、特に限定されない。気液分離器（Ａ）１８は、循環水ライン（Ａ）３０に設置されている。
【００３０】
［１．５．  冷却装置］
冷却装置２０は、循環水ライン（Ａ）を流れる循環水、又は、冷却水ライン（Ａ）４０を流れる冷却水の温度が過度に上昇した時に、循環水又は冷却水の温度を下げるためのものである。システム内の熱収支のバランスが取れている場合、冷却装置２０は必ずしも必要ではない。しかし、不可抗力により循環水又は冷却水の温度が過度に上昇することがある。このような場合、冷却装置２０に循環水又は冷却水を供給すると、過度の温度上昇を抑制することができる。
【００３１】
［１．６．  循環水ライン（Ａ）］
［１．６．１．  概要］
循環水ライン（Ａ）３０は、少なくとも陽極室１２ｂと、水素タンク（Ａ）１４と、気液分離器（Ａ）１８との間で循環水を循環させるためのものである。また、循環水ライン（Ａ）３０が冷却装置２０を備えている場合において、循環水の温度が過度に上昇した時には、循環水は、さらに冷却装置２０にも供給される。循環水ライン（Ａ）３０は、冷却水ライン（Ａ）４０とは独立していても良く、あるいは、水路の一部が共用されていても良い。図１に示す例では、循環水ライン（Ａ）３０と冷却水ライン（Ａ）４０とは、水路の一部が共用されている。
【００３２】
図１において、陽極室１２ｂの循環水の出口は、第１循環水管３２ａを介して気液分離器（Ａ）１８の循環水の入口に接続されている。気液分離器（Ａ）１８の循環水の出口は、第２循環水管３２ｂを介して第１水素タンク（Ａ）１４ａの循環水の入口に接続されている。第２循環水管３２ｂには、循環水を循環させるための第１循環ポンプ３４が設けられている。さらに、第１水素タンク（Ａ）１４ａの循環水の出口は、第３循環水管３２ｃを介して陽極室１２ｂの循環水の入口に接続されている。
第３循環水管３２ｃには、第１三方弁ＣＶ１及び第２三方弁ＣＶ２が設けられている。また、第２循環水管３２ｂには、第３〜第６三方弁ＣＶ３〜ＣＶ６が設けられている。
なお、図示はしないが、循環水ライン（Ａ）３０は、循環水から不純物イオンを取り除くためのイオン交換器をさらに備えていても良い。
【００３３】
［１．６．２．  共用ライン］
第１三方弁ＣＶ１と第６三方弁ＣＶ６の間にある第２循環水管３２ｂ及び第３循環水管３２ｃの部分、並びに、後述する第１バイパスライン及び第２バイパスライン（Ａ）は、循環水ライン（Ａ）３０と冷却水ライン（Ａ）４０とが共用された共用ライン（Ａ）に該当する。水素タンク（Ａ）１４（すなわち、第１水素タンク（Ａ）１４ａ、及び第２水素タンク（Ａ）１４ｂ）は、共用ライン（Ａ）に設けられている。
また、第１三方弁ＣＶ１及び第６三方弁ＣＶ６は、共用ライン（Ａ）の両端に設けられた第１切替装置（Ａ）に該当する。第１切替装置（Ａ）（すなわち、第１三方弁ＣＶ１及び第６三方弁ＣＶ６）は、循環水又は冷却水を、循環水ライン（Ａ）３０又は冷却水ライン（Ａ）４０のいずれか一方に切り替えて流すためのものからなる。
【００３４】
［１．６．３．  冷却装置の位置］
循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０が完全に独立している場合、循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０のいずれか一方、又は、双方に冷却装置２０を設けても良い。一方、図１に示すように、循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０が共用ライン（Ａ）を備えている場合において、共用ライン（Ａ）に冷却装置２０を設置すると、１個の冷却装置２０で循環水及び冷却水の双方を冷却することができる。
【００３５】
図１において、第２循環水管３２ｂには、第４三方弁ＣＶ４及び第５三方弁ＣＶ５が設けられている。第５三方弁ＣＶ５の一方の出口は、第４循環水管３２ｄを介して冷却装置２０の入口に接続されている。冷却装置２０の出口は、第５循環水管３２ｅを介して第４三方弁ＣＶ４の一方の入口に接続されている。
【００３６】
図１において、第４循環水管３２ｄ及び第５循環水管３２ｅが、循環水ライン（Ａ）３０及び／又は冷却水ライン（Ａ）４０（又は、共用ライン（Ａ））に対して並列に接続された第１バイパスラインに該当する。冷却装置２０は、第１バイパスラインに設けられている。
また、第４三方弁ＣＶ４及び第５三方弁ＣＶ５が、第１バイパスラインの両端に設けられた第２切替装置に該当する。第２切替装置は、循環水又は前記冷却水を、
（ａ）循環水ライン（Ａ）３０若しくは冷却水ライン（Ａ）４０、又は
（ｂ）第１バイパスライン、
のいずれか一方に切り替えて流すためのものからなる。
循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０が完全に独立しており、かつ、双方に冷却装置を設ける場合も、図１と同様にして接続するのが好ましい。
【００３７】
［１．６．４．  複数の水素タンク（Ａ）の並列接続］
水素タンク（Ａ）１４が複数のタンクに分割されている場合、複数のタンクを循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０に対して並列に接続するのが好ましい。複数のタンクを並列接続する場合において、循環水又は冷却水の温度に応じて、循環水又は冷却水の循環経路を切り替えると、循環水又は冷却水の温度に最も適した水素貯蔵材料を作動させることができる。
【００３８】
図１において、第１水素タンク（Ａ）１４ａの循環水の入口には、第２循環水管３２ｂが接続され、第１水素タンク（Ａ）１４ａと第４三方弁ＣＶ４の間には、第３三方弁ＣＶ３が設けられている。また、第１水素タンク（Ａ）１４ａの循環水の出口には、第３循環水管３２ｃが接続され、第１水素タンク（Ａ）１４ａと第１三方弁ＣＶ１の間には、第２三方弁ＣＶ２が接続されている。
第２水素タンク（Ａ）１４ｂの循環水の入口は、第６循環水管３２ｆを介して第３三方弁ＣＶ３の一方の出口に接続されている。第２水素タンク（Ａ）１４ｂの循環水の出口は、第７循環水管３２ｇを介して第２三方弁ＣＶ２の一方の入口に接続されている。
【００３９】
図１において、第１水素タンク（Ａ）１４ａは、循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０（又は、共用ライン（Ａ））に対して直列に接続されている。
第６循環水管３２ｆ及び第７循環水管３２ｇは、第１水素タンク（Ａ）１４ａを迂回するように、循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０に接続された第２バイパスライン（Ａ）に該当する。第２水素タンク（Ａ）１４ｂは、第２バイパスライン（Ａ）に設けられている。
第２三方弁ＣＶ２及び第３三方弁ＣＶ３は、第２バイパスライン（Ａ）の両端に設けられた第３切替装置（Ａ）に該当する。第３切替装置（Ａ）は、循環水又は冷却水を、第１水素タンク（Ａ）１４ａ又は第２水素タンク（Ａ）１４ｂのいずれか一方に切り替えて流すためのものからなる。
【００４０】
［１．６．５．  気液分離器（Ａ）の位置］
気液分離器（Ａ）１８は、例えば、第３循環水管３２ｃ上に設置することもできる。しかしながら、気液分離前の循環水を水素タンク（Ａ）１４に供給すると、熱交換効率が低下する場合がある。従って、気液分離器（Ａ）１８は、図１に示すように、気液分離後の循環水が水素タンク（Ａ）１４に供給されるように、循環水ライン（Ａ）３０に設けるのが好ましい。
【００４１】
［１．７．  冷却水ライン（Ａ）］
冷却水ライン（Ａ）４０は、少なくとも水素タンク（Ａ）１４と、水素消費装置１６との間で冷却水を循環させるためのものである。また、冷却水ライン（Ａ）が冷却装置２０を備えている場合において、冷却水の温度が過度に上昇した時には、冷却水は、さらに冷却装置２０にも供給される。上述したように、冷却水ライン（Ａ）４０は、循環水ライン（Ａ）３０とは独立していても良く、あるいは、水路の一部が共用されていても良い。図１に示す例では、冷却水ライン（Ａ）４０と循環水ライン（Ａ）３０とは、水路の一部が共用されている。
【００４２】
図１において、水素消費装置１６の冷却水の入口は、第１冷却水管４２ａを介して第１三方弁ＣＶ１の一方の出口に接続されている。水素消費装置１６の冷却水の出口は、第２冷却水管４２ｂを介して第６三方弁ＣＶ６の一方の入口に接続されている。さらに、第２冷却水管４２ｂには、冷却水を循環させるための第２循環ポンプ４４が設けられている。
なお、図示はしないが、冷却水ライン（Ａ）４０は、冷却水から不純物イオンを取り除くためのイオン交換器をさらに備えていても良い。
【００４３】
［１．８．  水素ガスライン（Ａ）］
水素ガスライン（Ａ）５０は、水電解装置１２で発生させた水素ガスを水素タンク（Ａ）１４に供給し、又は、水素タンク（Ａ）１４から放出される水素ガスを水素消費装置１６に供給するためのものである。
【００４４】
図１において、陰極室１２ｃの出口は、第１ガス管５２ａを介して第１水素タンク（Ａ）１４ａの水素ガスの吸入・排出口に接続されている。第１ガス管５２ａには、第１開閉バルブＶ１及び第３開閉バルブＶ３が設けられている。
第１開閉バルブＶ１と第３開閉バルブＶ３の間にある第１ガス管５２ａには、第２ガス管５２ｂの一端が接続されている。第２ガス管５２ｂの他端は、第２水素タンク（Ａ）１４ｂの水素ガスの吸入・排出口に接続されている。さらに、第２ガス管５２ｂには、第２開閉バルブＶ２が設けられている。
【００４５】
さらに、第１開閉バルブＶ１と第３開閉バルブＶ３の間にある第１ガス管５２ａには、第３ガス管５２ｃの一端が接続されている。第３ガス管５２ｃの他端は、水素消費装置１６の水素ガスの吸入口に接続されている。さらに、第３ガス管５２ｃには、第４開閉バルブＶ４が設けられている。
なお、第１〜第４開閉バルブＶ１〜Ｖ４は、流量調節弁でも良い。また、水電解装置１２の陰極室１２ｃの出口に、除湿装置を設けても良い。
【００４６】
［１．９．  制御装置］
制御装置（図示せず）は、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの動作を制御するためのものである。制御装置は、具体的には、水素貯蔵モード実行手段と、水素消費モード実行手段とを備えている。
ここで、「水素貯蔵モード実行手段」とは、水素ガスを製造・貯蔵する時に実行される手段であって、水電解装置１２から水素タンク（Ａ）１４に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を制御し、かつ、少なくとも陽極室１２ｂと、水素タンク（Ａ）１４と、気液分離器（Ａ）１８との間で循環水が循環するように循環水ライン（Ａ）３０を制御するものをいう。
「水素消費モード実行手段」とは、水素ガスを消費する時に実行される手段であって、水素タンク（Ａ）１４から水素消費装置１６に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を制御し、かつ、少なくとも水素タンク（Ａ）１４と、水素消費装置１６との間で冷却水が循環するように冷却水ライン（Ａ）４０を制御するものをいう。
【００４７】
［１．９．１．  水素貯蔵モード実行手段］
水素タンク（Ａ）１４が第１水素タンク（Ａ）１４ａ及び第２水素タンク（Ａ）１４ｂに分割されている場合において、水素を貯蔵する時には、制御装置は、以下の手段をさらに備えているのが好ましい。
【００４８】
［Ａ．  初期水素貯蔵モード実行手段］
「初期水素貯蔵モード」とは、ＴE＜ＴE1（ＴEは水電解装置１２の温度、ＴE1は第１閾値）である時に実行される手段であって、水電解装置１２から第２水素タンク（Ａ）１４ｂに水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を切り替え、かつ、陽極室１２ｂと、第２水素タンク（Ａ）１４ｂと、気液分離器（Ａ）１８との間で循環水が循環するように循環水ライン（Ａ）３０を切り替えるものをいう。ＴE1の値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
【００４９】
水電解装置１２の始動時には、水電解装置１２の温度が低いために、電解効率が低い。また、高温型水素貯蔵材料は、低温では水素ガスの吸蔵速度が遅い。これに対し、第２水素タンク（Ａ）１４ｂに低温型水素貯蔵材料が内封されている場合において、始動時に第２水素タンク（Ａ）１４ｂに水素ガスを供給すると、水素ガスの吸蔵反応が進行し、循環水の温度が速やかに上昇する。その結果、水電解装置１２の始動性が向上する。
【００５０】
［Ｂ．  第１定常水素貯蔵モード実行手段］
「第１定常水素貯蔵モード実行手段」とは、ＴE1≦ＴE≦ＴE2（ＴE2は第２閾値）である時に実行される手段であって、水電解装置１２から第１水素タンク（Ａ）１４ａに水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を切り替え、かつ、陽極室１２ｂと、第１水素タンク（Ａ）１４ａと、気液分離器（Ａ）１８との間で循環水が循環するように循環水ライン（Ａ）３０を切り替えるものをいう。ＴE2の値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
【００５１】
第２水素タンク（Ａ）１４ｂで水素の吸蔵を開始すると、循環水の温度が徐々に増加する。そのため、低温型水素貯蔵材料が内封された第２水素タンク（Ａ）１４ｂで水素の吸蔵を継続すると、やがて冷却水の温度が低温型水素貯蔵材料の最適吸蔵温度を超える。これに対し、循環水の温度がＴE1以上になったところで、高温型水素貯蔵材料が内封された第１水素タンク（Ａ）１４ａに切り替えると、水素吸蔵を継続することができる。
【００５２】
［Ｃ．  第２定常水素貯蔵モード実行手段］
「第２定常水素貯蔵モード実行手段」とは、循環水ライン（Ａ）３０が冷却装置２０を備えている場合において、ＴE＞ＴE2である時に実行される手段であって、水電解装置１２から第１水素タンク（Ａ）１４に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を切り替え、かつ、陽極室１２ｂと、第１水素タンク（Ａ）１４ａと、気液分離器（Ａ）１８と、冷却装置２０との間で循環水が循環するように循環水ライン（Ａ）３０を切り替えるものをいう。
【００５３】
第１水素タンク（Ａ）１４ａに高温型水素貯蔵材料が内封されている場合であっても、循環水の温度が過度に上昇する場合がある。このような場合、冷却装置２０にも循環水を循環させると、タンク内温度の過度の上昇を抑制することができる。
【００５４】
［１．９．２．  水素消費モード実行手段］
水素タンク（Ａ）１４が第１水素タンク（Ａ）１４ａ及び第２水素タンク（Ａ）１４ｂに分割されている場合において、水素を消費する時には、制御装置は、以下の手段をさらに備えているのが好ましい。
【００５５】
［Ａ．  初期水素消費モード実行手段］
「初期水素消費モード実行手段」とは、ＴF＜ＴF1（ＴFは水素消費装置１６の温度、ＴF1は第１閾値）である時に実行される手段であって、第２水素タンク（Ａ）１４ｂから水素消費装置１６に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を切り替え、かつ、第２水素タンク（Ａ）１４ｂと、水素消費装置１６との間で冷却水が循環するように冷却水ライン（Ａ）４０を切り替えるものをいう。ＴF1の値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
【００５６】
水素消費装置１６の始動時には、水素消費装置１６の温度が低いために、エネルギー変換効率が低い。また、水素貯蔵材料の温度も低いために、水素ガスの放出速度も遅い。これに対し、低温型水素貯蔵材料が内封されている第２水素タンク（Ａ）１４ｂと水素消費装置１６とを接続すると、低温時であっても水素ガスを放出することができる。また、水素消費装置１６に水素ガスが供給されると、冷却水の温度が上昇し、第２水素タンク（Ａ）１４ｂからの水素の放出が促進される。その結果、始動性が向上する。
【００５７】
［Ｂ．  第１定常水素消費モード実行手段］
「第１定常水素消費モード実行手段」とは、ＴF1≦ＴF≦ＴF2（TF2は第２閾値）である時に実行される手段であって、第１水素タンク（Ａ）１４ａから水素消費装置１６に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を切り替え、かつ、第１水素タンク（Ａ）１４ａと、水素消費装置１６との間で冷却水が循環するように冷却水ライン（Ａ）を４０切り替えるものをいう。ＴF2の値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
【００５８】
第２水素タンク（Ａ）１４ｂから水素の放出を開始すると、冷却水の温度が徐々に増加する。そのため、第２水素タンク（Ａ）１４ｂに高温の冷却水を供給し続けると、やがてタンク内圧が上昇する。これに対し、冷却水の温度がＴF1以上になったところで、水素ガスライン（Ａ）５０を第１水素タンク（Ａ）１４ａに切り替えると、タンク内圧の過度の上昇を抑制することができる。
【００５９】
［Ｃ．  第２定常水素消費モード実行手段］
「第２定常水素消費モード実行手段」とは、冷却水ライン（Ａ）４０が冷却装置２０を備えている場合において、ＴF＞ＴF2である時に実行される手段であって、第１水素タンク（Ａ）１４ａから水素消費装置１６に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）を５０切り替え、かつ、水素消費装置１６と、第１水素タンク（Ａ）１４ａと、冷却装置２０との間で冷却水が循環するように冷却水ライン（Ａ）４０を制御するものをいう。
【００６０】
第１水素タンク（Ａ）１４ａに高温型水素貯蔵材料が内封されている場合であっても、冷却水の温度が過度に上昇する場合がある。このような場合、冷却装置２０にも冷却水を循環させると、タンク内圧の過度の上昇を抑制することができる。
【００６１】
［２．  水素製造・貯蔵・消費システム（１）の運転方法］
次に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの運転方法について説明する。なお、以下では、水素消費装置１６として燃料電池を用いた例について説明する。燃料電池の常用排熱温度は６０℃、最大排熱温度は８０℃とした。循環水及び冷却水は、純水とした。
【００６２】
第１水素タンク（Ａ）１４ａに内封される水素貯蔵材料には、以下の特性を持つ材料を用いた。
ΔＨ＝３５ｋＪ／ｍｏｌＨ2、
Ｔ1(１．００ＭＰａ)＝１２０℃、Ｔ1(０．３０ＭＰａ)＝８０℃、
Ｔ1(０．１５ＭＰａ)＝６０℃、Ｔ1(０．１０ＭＰａ)＝５０℃。
【００６３】
また、第２水素タンク（Ａ）１４ｂに内封される水素貯蔵材料には、以下の特性を持つ材料を用いた。
ΔＨ＝３０ｋＪ／ｍｏｌＨ2、Ｔ2(０．１０ＭＰａ)＝０℃
Ｔ2(０．１５ＭＰａ)＝１０℃、Ｔ2(０．３０ＭＰａ)＝２５℃
Ｔ2(０．５０ＭＰａ)＝４０℃、Ｔ2(１．００ＭＰａ)＝６０℃。
さらに、電解により製造される水素の圧力は、０．３ＭＰａとした。
【００６４】
［２．１．  初期水素貯蔵モード］
図２に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの初期水素貯蔵モード時における水素ガス及び循環水の流れの模式図を示す。図２中、ＣＶ１〜ＣＶ６、及びＶ１〜Ｖ４の内、黒く塗りつぶされている部分は、閉じられていることを表す。この点は、以下の図３〜図７も同様である。
【００６５】
まず、ＣＶ１〜ＣＶ６を図２のように切り替えることにより、循環水ライン（Ａ）３０を第２水素タンク（Ａ）１４ｂ側に切り替える。この状態で、水電解装置１２及び第１循環ポンプ３４を起動すると、循環水がＣＶ６→ＣＶ５→ＣＶ４→ＣＶ３→第２水素タンク（Ａ）１４ｂ→ＣＶ２→ＣＶ１→水電解装置１２→気液分離器（Ａ）１８の順に循環する。
【００６６】
次に、Ｖ３、Ｖ４を閉にしたまま、Ｖ１、Ｖ２を開とすると、陰極室１２ｃで発生した水素が水素ガスライン（Ａ）５０を介して第２水素タンク（Ａ）１４ｂに供給される。水素ガスが水素貯蔵材料に吸蔵されると、反応熱（発熱）により第２水素タンク（Ａ）１４ｂ及びその内部を循環する循環水の温度が上昇する。このような方法により、水電解装置１２の温度を２５℃まで昇温させる。
【００６７】
［２．２．  第１定常水素貯蔵モード］
図３に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの第１定常水素貯蔵モード時における水素ガス及び循環水の流れの模式図を示す。
水電解装置１２の温度が２５℃になったことを検知すると、Ｖ２が閉となり、Ｖ３が開となる。同時に、ＣＶ２及びＣＶ３が第２水素タンク（Ａ）１４ｂから第１水素タンク（Ａ）１４ａ側に切り替わる。この操作により、第１水素タンク（Ａ）１４ａに水素を貯蔵すると共に、水電解装置１２の温度が８０℃まで昇温する。
【００６８】
［２．３．  第２定常水素貯蔵モード］
図４に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの第２定常水素貯蔵モード時における水素ガス及び循環水の流れの模式図を示す。
水電解装置１２の温度が８０℃を超えた場合、ＣＶ４、ＣＶ５を冷却装置２０側に切り替えて循環水を冷却する。水電解装置１２の温度が７５℃以下となった場合、再度ＣＶ４、ＣＶ５を冷却装置２０側から第１水素タンク（Ａ）１４ａ側に切り替える。
以下、水電解装置１２の温度を７５℃〜８０℃に維持しながら、水電解の停止指令を受けるか、あるいは、第１水素タンク（Ａ）１４ａの水素貯蔵量が最大量の９５％を超えるまでこの操作を繰り返す。本モード終了後、Ｖ１〜Ｖ４をすべて閉じ、水電解装置１２と第１循環ポンプ３４を停止させる。
【００６９】
［２．４．  初期水素消費モード］
図５に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの初期水素消費モード時における水素ガス及び冷却水の流れの模式図を示す。
まず、ＣＶ１〜ＣＶ６を図５のように切り替えることにより、冷却水ライン（Ａ）４０を第２水素タンク（Ａ）１４ｂ側に切り替える。この状態で、燃料電池（水素消費装置）１６及び第２循環ポンプ４４を起動すると、冷却水がＣＶ６→ＣＶ５→ＣＶ４→ＣＶ３→第２水素タンク（Ａ）１４ｂ→ＣＶ２→ＣＶ１→燃料電池１６の順に循環する。
【００７０】
次に、Ｖ１、Ｖ３を閉にしたまま、Ｖ２、Ｖ４を開にすると、第２水素タンク（Ａ）１４ｂから燃料電池１６に水素が供給され、発電が行われる。発電が開始されると、燃料電池１６及びその内部を循環する冷却水の温度が上昇する。このような方法により、燃料電池１６の排熱を用いて、冷却水の温度を６０℃まで上昇させる。
【００７１】
［２．５．  第１定常水素消費モード］
図６に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの第１定常水素消費モード時における水素ガス及び冷却水の流れの模式図を示す。
冷却水の温度が６０℃になったことを検知すると、Ｖ２が閉となり、Ｖ３が開となる。同時に、ＣＶ２、ＣＶ３が第２水素タンク（Ａ）１４ｂから第１水素タンク（Ａ）１４ａに切り替わる。この操作により、燃料電池１６の排熱を用いて第１水素タンク（Ａ）１４ａを加熱しながら、第１水素タンク（Ａ）１４ａから燃料電池１６に水素を供給して発電する。
以下、燃料電池１６の停止指令を受けるか、あるいは、第１水素タンク（Ａ）１４ａの水素貯蔵量が全貯蔵量の５％以下になったところで、本モードを終了させる。本モード終了後、Ｖ１〜Ｖ４をすべて閉じ、燃料電池１６と第２循環ポンプ４４を停止させる。
【００７２】
［２．６．  第２定常水素消費モード］
図７に、水素製造・貯蔵・消費システム１０ａの第２定常水素消費モード時における水素ガス及び冷却水の流れの模式図を示す。
燃料電池１６の温度が８５℃を超えた場合、ＣＶ４、ＣＶ５を冷却装置２０側に切り替えて冷却水を冷却する。燃料電池１６の温度が８０℃以下となった場合、再度ＣＶ４、ＣＶ５を冷却装置２０側から第１水素タンク（Ａ）１４ａ側に切り替える。以下、燃料電池１６の稼働中に燃料電池１６の温度が過度に上昇した時は、この操作を繰り返す。
【００７３】
［３．  水素製造・貯蔵・消費システム（２）］
図８に、本発明の第２の実施の形態に係る水素製造・貯蔵・消費システムの模式図を示す。なお、図８中、図１と同一の構成要素に対して図１と同一の参照符号を付している。図８において、水素製造・貯蔵・消費システム１０ｂは、第１の実施の形態と同一の構成要素、すなわち、水電解装置１２と、水素タンク（Ａ）１４（第１水素タンク（Ａ）１４ａ、第２水素タンク（Ａ）１４ｂ）と、水素消費装置１６と、気液分離器（Ａ）１８と、循環水ライン（Ａ）３０と、冷却水ライン（Ａ）４０と、水素ガスライン（Ａ）５０と、制御装置（図示せず）とを備えている。
【００７４】
水素製造・貯蔵・消費システム１０ｂは、上記構成要素に加えて、
水素ガスを一時的に貯蔵するための水素貯蔵材料を内封した水素タンク（Ｂ）２２（すなわち、第１水素タンク（Ｂ）２２ａ、及び第２水素タンク（Ｂ）２２ｂ）と、
水電解装置１２の陰極室１２ｃに水を供給し、かつ、陰極室１２ｃから排出される水から水素を分離する気液分離器（Ｂ）２４と、
少なくとも陰極室１２ｃと、水素タンク（Ｂ）２２と、気液分離器（Ｂ）２４との間で循環水を循環させる循環水ライン（Ｂ）６０と、
少なくとも水素タンク（Ｂ）２２と、水素消費装置１６との間で冷却水を循環させる冷却水ライン（Ｂ）７０と、
水電解装置１２で発生させた水素ガスを水素タンク（Ｂ）２２に供給し、又は、水素タンク（Ｂ）２２から放出される水素ガスを水素消費装置１６に供給する水素ガスライン（Ｂ）８０と、
をさらに備えている。
【００７５】
［３．１．  共通の構成要素］
水電解装置１２、水素タンク（Ａ）１４（第１水素タンク（Ａ）１４ａ、第２水素タンク（Ａ）１４ｂ）、水素消費装置１６、気液分離器（Ａ）１８、循環水ライン（Ａ）３０、冷却水ライン（Ａ）４０、及び、水素ガスライン（Ａ）５０の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７６】
［３．２．  水素タンク（Ｂ）、気液分離器（Ｂ）、循環水ライン（Ｂ）、冷却水ライン（Ｂ）、及び、水素ガスライン（Ｂ）］
水素製造・貯蔵・消費システム１０ｂは、両極循環方式の水電解装置を備えたシステムであって、陰極室１２ｃ側にも陽極室１２ｂ側と同様の機能を持つ構成要素を付加したものからなる。
陰極室１２ｃ側の循環水ライン（Ｂ）６０は、陰極室１２ｃと、水素タンク（Ｂ）２２と、気液分離器（Ｂ）２４との間で循環水を循環させるためのものである。循環水ライン（Ｂ）６０には、循環水を循環させるための第３循環ポンプ６４が設けられている。
また、陰極室１２ｃ側の冷却水ライン（Ｂ）７０は、水素タンク（Ｂ）２２と、水素消費装置１６との間で冷却水を循環させるためのものである。
【００７７】
循環水ライン（Ｂ）６０は、循環水ライン（Ａ）３０とほぼ同一の構造を備えている。同様に、冷却水ライン（Ｂ）７０は、冷却水ライン（Ａ）４０とほぼ同一の構造を備えている。但し、循環水ライン（Ｂ）６０及び冷却水ライン（Ｂ）７０は、独立した冷却装置を備えておらず、循環水ライン（Ａ）３０及び冷却水ライン（Ａ）４０との間で冷却装置２０を共有している。冷却装置２０の循環水の入口及び出口は、それぞれ、循環水ライン（Ｂ）６０及び冷却水ライン（Ｂ）７０の第１５三方弁ＣＶ１５及び第１４三方弁ＣＶ１４に接続されている。
【００７８】
水素ガスライン（Ｂ）８０は、水電解装置１２で発生させた水素ガスを水素タンク（Ｂ）２２に供給し、又は、水素タンク（Ｂ）２２から放出される水素ガスを水素消費装置１６に供給するためのものである。水素ガスライン（Ｂ）８０は、水素ガスを水素タンク（Ｂ）２２に分配するための第５開閉バルブＶ５及び第６開閉バルブＶ６を備えている点を除き、水素ガスライン（Ａ）５０と同一の構成を備えている。
追加された構成要素に関するその他の点については、第１の実施の形態の対応する構成要素と同一であるので、説明を省略する。
【００７９】
［３．３．  制御装置］
制御装置（図示せず）は、水素製造・貯蔵・消費システム１０ｂの動作を制御するためのものである。制御装置は、具体的には、水素貯蔵モード実行手段と、水素消費モード実行手段とを備えている。
【００８０】
本実施の形態において、「水素貯蔵モード実行手段」とは、水素ガスを製造・貯蔵する時に実行される手段であって、
水電解装置１２から水素タンク（Ａ）１４に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を制御し、かつ、少なくとも陽極室１２ｂと、水素タンク（Ａ）１４と、気液分離器（Ａ）１８との間で循環水が循環するように循環水ライン（Ａ）３０を制御し、又は、これと同時に、
水電解装置１２から水素タンク（Ｂ）２２に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ｂ）８０を制御し、かつ、少なくとも陰極室１２ｃと、水素タンク（Ｂ）２２と、気液分離器（Ｂ）２４との間で循環水が循環するように循環水ライン（Ｂ）６０を制御するものをいう。
【００８１】
「水素消費モード実行手段」とは、水素ガスを消費する時に実行される手段であって、
水素タンク（Ａ）１４から水素消費装置１２に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ａ）５０を制御し、かつ、少なくとも水素タンク（Ａ）１４と、水素消費装置１６との間で冷却水が循環するように冷却水ライン（Ａ）４０を制御し、これと同時に又はこれとは別に、
水素タンク（Ｂ）２２から水素消費装置１６に水素ガスが供給されるように水素ガスライン（Ｂ）８０を制御し、かつ、少なくとも水素タンク（Ｂ）２２と、水素消費装置１６との間で冷却水が循環するように冷却水ライン（Ｂ）７０を制御するものをいう。
【００８２】
本実施の形態において、陽極室１２ｂ側には水素タンク（Ａ）１４が設けられ、陰極室１２ｃ側には水素タンク（Ｂ）２２が設けられている。また、循環水及び冷却水の循環経路、並びに、水素ガスの供給経路が左右対称になっている。そのため、水素ガスを製造・貯蔵する時には、
（ａ）陽極室１２ｂ側にのみ循環水を循環させること、又は、
（ｂ）陽極室１２ｂ側及び陰極室１２ｃ側の双方に循環水を循環させること、
のいずれも可能である。
【００８３】
また、水素ガスを消費する時には、
（ａ）水素タンク（Ａ）１４又は水素タンク（Ｂ）２２のいずれか一方を使用すること、
（ｂ）水素タンク（Ａ）１４と水素タンク（Ｂ）２２とを交互に使用すること（すなわち、第２水素タンク（Ａ）１４ｂ→第２水素タンク（Ｂ）２２ｂ→第１水素タンク（Ａ）１４ａ→第１水素タンク（Ｂ）２２ａの順に使用すること）、あるいは、
（ｃ）水素タンク（Ａ）１４と水素タンク（Ｂ）２２とを同時に使用すること（すなわち、第２水素タンク（Ａ）１４ｂ、第２水素タンク（Ｂ）２２ｂ→第１水素タンク（Ａ）１４ａ、第１水素タンク（Ｂ）２２ａの順に使用すること）、
のいずれも可能である。
【００８４】
さらに、第１の実施の形態と同様にして、第１〜第６三方弁ＣＶ１〜ＣＶ６、第１１〜第１６三方弁ＣＶ１１〜ＣＶ１６、及び第１〜第６開閉バルブＶ１〜Ｖ６を制御することにより、初期水素貯蔵モード、第１定常水素貯蔵モード、第２定常水素貯蔵モード、初期水素消費モード、第１定常水素消費モード、及び第２定常水素消費モードのいずれも実行することができる。
【００８５】
［４．  作用］
水電解装置の始動直後において、水電解装置で発生した水素ガスを水素タンクに供給すると、水素貯蔵材料が水素ガスを吸蔵する。その結果、吸蔵熱により水素タンクの温度が上昇する。これと同時に、水素タンク−水電解装置間で循環水を循環させると、吸蔵熱が水電解装置に伝達され、水電解装置の温度が上昇する。そのため、外部熱源を用いることなく、水電解装置の温度を速やかに適正温度まで昇温させることができる。
【００８６】
また、水素タンクから水素消費装置への水素ガスの供給を開始すると、水素消費装置において水素ガスが消費され、熱が発生する。これと同時に、水素タンク−水素消費装置間で冷却水を循環させると、水素消費装置の排熱が水素タンクに伝達され、水素タンクの温度が上昇する。そのため、外部熱源を用いることなく、水素貯蔵材料に水素ガスの放出熱を供給すること（すなわち、水素ガスの放出を促進させること）ができる。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係る水素製造・貯蔵・消費システムは、定置型の発電システム等に使用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０ａ、１０ｂ  水素製造・貯蔵・消費システム
１２            水電解装置
１４            水素タンク（Ａ）
１６            水素消費装置（燃料電池）
１８            気液分離器（Ａ）
２０            冷却装置
２２            水素タンク（Ｂ）
２４            気液分離器（Ｂ）
３０            循環水ライン（Ａ）
４０            冷却水ライン（Ａ）
５０            水素ガスライン（Ａ）
６０            循環水ライン（Ｂ）
７０            冷却水ライン（Ｂ）
８０            水素ガスライン（Ｂ）
【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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【図７】
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【図８】
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