(57)【要約】【課題】高圧水素の供給システムにおいて、システム全体での熱効率化を達成し、これによって所定の水素供給能力を維持しつつシステム全体の小型化を図り、水素スタンドとして容易に設置可能な高圧水素の供給システムを提供する。【解決手段】水素を製造し、製造された水素を圧縮して水素消費機関に高圧水素を供給する高圧水素の供給システムであり、水素を製造する水素製造装置と、製造された水素を所定の圧力まで圧縮する水素圧縮装置と、圧縮された高圧水素を水素消費機関に供給する水素供給装置と、当該高圧水素の供給システムで消費する電力の一部又は全部を賄う燃焼タービン発電装置と、上記水素製造装置に組み込まれ、上記燃焼タービン発電装置の高温排ガスを熱源として脱水素反応に要する熱量の一部又は全部を賄う熱交換器とを備えている高圧水素の供給システムである。【選択図】        図２
2004197705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を製造し、製造された水素を圧縮して水素消費機関に高圧水素を供給する高圧水素の供給システムであり、水素を製造する水素製造装置と、製造された水素を所定の圧力まで圧縮する水素圧縮装置と、圧縮された高圧水素を水素消費機関に供給する水素供給装置と、当該高圧水素の供給システムで消費する電力の一部又は全部を賄う燃焼タービン発電装置と、上記水素製造装置に組み込まれ、上記燃焼タービン発電装置の高温排ガスを熱源として脱水素反応に要する熱量の一部又は全部を賄う熱交換器とを備えていることを特徴とする高圧水素の供給システム。
【請求項２】
水素製造装置に組み込まれた熱交換器の排ガス下流側には上記熱交換器で熱交換された排ガスの余熱を回収するタービン排ガス熱回収装置が設けられている請求項1に記載の高圧水素の供給システム。
【請求項３】
タービン排ガス熱回収装置は、１００℃を超える温度で熱回収する高温熱回収部と１００℃以下の温度で熱回収する低温熱回収部とを備えている請求項２に記載の高圧水素の供給システム。
【請求項４】
水素圧縮装置が前段圧縮機と後段圧縮機とで構成されており、これら前段圧縮機と後段圧縮機との間には、水素精製装置が直列に接続されていると共にこの水素精製装置と後段圧縮機との間に水素精製装置で精製された水素の一部又は全部を一時的に貯蔵する水素貯蔵装置が接続されている請求項1〜３のいずれかに記載の高圧水素の供給システム。
【請求項５】
前段圧縮機では水素製造装置で製造された水素を１０〜３０気圧に圧縮し、後段圧縮機では水素精製装置で精製された水素を水素供給装置の供給圧力以上まで圧縮する請求項４に記載の高圧水素の供給システム。
【請求項６】
水素貯蔵装置が水素吸蔵合金による水素貯蔵システムで構成されており、この水素貯蔵システムの稼動に必要な熱量をタービン排ガス熱回収装置で回収される回収熱で賄う請求項４又は５に記載の高圧水素の供給システム。
【請求項７】
水素製造装置、水素圧縮装置及び水素供給装置に、更には必要に応じて設けられる水素精製装置及び水素貯蔵装置にそれぞれ冷却媒体を供給するための冷媒供給装置を備えており、これら水素製造装置、水素圧縮装置、水素供給装置、タービン排ガス熱回収装置、水素精製装置、水素貯蔵装置及び冷媒供給装置が燃焼タービン発電装置で発電される電力により駆動される請求項１〜６のいずれかに記載の高圧水素の供給システム。
【請求項８】
燃焼タービン発電装置で発電される電力及びこの燃焼タービン発電装置の高温排ガスから直接及びタービン排ガス熱回収装置を介して回収される回収熱により高圧水素の供給システムで必要とする電力及び熱量の６０%以上を賄う請求項２〜７のいずれかに記載の高圧水素の供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素を製造し、水素エンジンを搭載した水素自動車や燃料電池を搭載した燃料電池自動車、更には家庭用等の燃料電池等の種々の水素消費機関に高圧水素を供給する高圧水素の供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平07-112,796号公報
【特許文献２】特開2002-184,436号公報
【特許文献３】特開2002-249,032号公報
【特許文献４】特開2002-274,801号公報
【特許文献５】特開2002-274,802号公報
【特許文献６】特開2002-274,803号公報
【特許文献７】特開2000-37,626号公報
【０００３】
近年、水素自動車や燃料電池自動車等の開発や実用化が進んでいることから、これらの水素自動車や燃料電池自動車等にその燃料としての水素を供給するための水素スタンド等の施設が全国的に必要になり、水素を製造し、貯蔵し、また、供給するための水素供給システムについて幾つかの提案がされている。
【０００４】
例えば、特開平07-112,796号公報には、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させ、この水素吸蔵合金を車両で運搬することにより、パイプラインを付設することなく水素貯留ステーションから給水素スタンドまで水素を大量かつ安全に搬送することができる給水素システム、水素貯留ステーション構造及び水素運搬用車両が提案されている。
【０００５】
また、特開2002-184,436号公報には、ベンゼン等の水素を貯蔵する芳香族化合物からなる水素貯蔵体とシクロヘキサン等の水素を放出して前記芳香族化合物に変化する水素供給体との間における水素付加反応及び脱水素反応を利用して水素の貯蔵及び供給を行う水素貯蔵・供給システムであって、水素付加反応又は脱水素反応の前に水素貯蔵体又は水素供給体を加熱するヒーターを備えた水素反応装置と、この水素反応装置に水素を供給する水素供給装置と、この水素反応装置で生成した水素を利用して発電する燃料電池等の発電装置とを備え、水素付加反応又は脱水素反応の反応効率を高めることができるようにした水素貯蔵・供給システム及び水素貯蔵・供給装置並びに水素貯蔵・供給用触媒が提案されている。
【０００６】
更に、特開2002-249,032号公報には、水電解装置と、この水電解装置で製造された水素を精製して第１精製水素を得る第１精製器と、上記第１精製水素を貯蔵側及び再精製側の一方に流すべくその流れ方向を変える切換装置と、第１精製水素が充填される第１貯蔵器と、第１精製水素を再精製して第２精製水素を得る第２精製器と、第２精製水素が充填される第２貯蔵器とを有し、厳しい精製能が要求されて耐久性や生産性に問題のある精製器、特に高純度水素を得るための精製器の延命を図ることができ、また、第１、第２精製水素を経済的に得ることができる水素ステーションが提案されている。
【０００７】
そして、特開2002-274,801号公報には、芳香族化合物からなる水素貯蔵体及び／又は該芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体を収納する原料貯蔵手段と、水素貯蔵体の水素化及び／又は水素供給体の脱水素化を行わせる金属担持触媒等とヒーター等とを収納する複数の反応装置と、水素貯蔵体及び／又は水素供給体を反応装置に供給する原料供給手段と、生成気体を凝縮させて水素と水素貯蔵体及び／又は水素供給体に分離する気液分離手段と、分離した水素貯蔵体及び／又は水素供給体を回収する反応物回収手段と、水素付加反応及び／又は脱水素反応の条件を制御する制御手段とからなり、所定の供給周期から順次遅延させた供給タイミングで各反応装置に所定量の水素貯蔵体及び／又は水素供給体供給することにより、少ない変動で安定的かつ効率的に水素供給を行うことができる燃料電池システムを可能とする水素貯蔵・供給システムが提案されている。
【０００８】
また、特開2002-274,802号公報には、芳香族化合物からなる水素貯蔵体及び該芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体の少なくとも一方を利用する水素貯蔵・供給システムであって、(a)水素貯蔵体及び／又は水素化誘導体からなる水素供給体を収納する原料貯蔵手段と、(b)水素貯蔵体の水素化及び／又は水素供給体の脱水素化を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置と、(c)原料貯蔵手段内の水素貯蔵体及び／又は水素供給体を反応装置に供給する原料供給手段と、(d)反応装置からの生成気体を凝縮させて水素と水素貯蔵体及び／又は水素供給体に分離する気液分離手段と、(e)分離した水素貯蔵体及び／又は水素供給体を回収する反応物回収手段とからなり、上記反応装置を、水素供給体若しくは水素貯蔵体が気相と液相の共存界面を形成する、少なくとも１本の筒状体で形成し、安定的かつ効率的に水素供給を行うことができる燃料電池システムを可能とする水素貯蔵・供給システムが提案されている。
【０００９】
また、特開2002-274,803号公報には、芳香族化合物からなる水素貯蔵体及び該芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体の少なくとも一方を利用する水素貯蔵・供給システムであって、(a)水素貯蔵体及び／又は水素化誘導体からなる水素供給体を収納する原料貯蔵手段と、(b)水素貯蔵体の水素化及び／又は水素供給体の脱水素化を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置と、(c)高周波の電磁誘導方式による高周波誘導加熱であって金属担持触媒を加熱する加熱手段と、(d)原料貯蔵手段内の水素貯蔵体及び／又は水素供給体を反応装置に供給する原料供給手段と、(e)反応装置からの生成気体を凝縮させて水素と水素貯蔵体及び／又は水素供給体に分離する気液分離手段と、(f)分離した水素貯蔵体及び／又は水素供給体を回収する反応物回収手段とからなり、安定的かつ効率的に水素供給を行うことができる燃料電池システムを可能とし、しかも、低コストで、安定性、効率性に優れた水素貯蔵・供給システムが提案されている。
【００１０】
しかしながら、これらいずれのシステム、装置あるいは方法においても、脱水素反応が吸熱反応であって多くの熱エネルギーを必要とすることから、水素製造装置では高温吸熱反応用の高温熱源を始めとして、各装置での加熱工程用熱源、電力、冷熱源等の多くの熱エネルギーや電力を必要とし、また、水素エンジンや燃料電池を搭載した自動車には大量の水素を効率良く積載させる必要があることから高圧水素の供給が望まれるが、そのためには水素圧縮装置が不可欠になり、この水素圧縮装置についても、圧縮機駆動用電力を始めとして内部クーラー用冷熱源等の多くの熱エネルギーや電力が必要になる。
【００１１】
例えば、水素供給体としてのシクロヘキサンを脱水素して４００Nm3の水素を製造して供給するためには、脱水素反応のための熱量だけでも約１．２×１０6kjの熱量（デカリンの脱水素反応の場合は約１．１×１０6kjで、メタノールの水蒸気改質反応の場合は約０．７７×１０6kjである）を必要とし、電力については水素圧縮装置だけでも常圧から４４０気圧まで加圧する場合約２６０kWを必要とし、小規模工場並みの熱エネルギーや電力を必要としている。
【００１２】
しかも、水素供給システムにおける水素供給量は、水素自動車や燃料電池搭載自動車の台数や、家庭用の燃料電池の使用量等により決まり、常に一定しているわけではなく、季節や月によって、更には日によって大幅に変動する。そして、この水素供給量の変動、すなわちシステムの負荷変動に対応する方法として、水素製造装置を超低負荷運転したり、複数系列の水素製造装置で対応したり、更には水素貯槽を用意することが考えられるが、超低負荷運転の水素製造装置は装置が大型化して水素スタンドとして全国に多数設置することが難しく、また、複数系列の水素製造装置は装置の熱容量が大きいので停止時に装置が冷却すると熱損失が大きくなって熱効率が大幅に低下し、更に、水素貯槽による対応は超高圧でも数ｍ3の、１０〜２０気圧では数１０ｍ3の貯槽が必要になり、設置面積の問題や安全性等の問題があり、この場合も水素スタンドとして全国に多数設置することが難しいという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、水素供給システム、特に高圧水素の供給システム全体の熱効率化を図り、また、負荷変動に対しても容易に対応でき、これによって所定の水素供給能力を維持しつつシステム全体の小型化を図ると共に水素スタンドとして容易に設置可能な高圧水素の供給システムを開発すべく鋭意検討した結果、燃焼タービン発電装置の高温排ガスが有する廃熱で水素製造装置の脱水素反応に必要な熱量の一部／又は全部を賄うことができることを突き止め、本発明に到達した。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、高圧水素の供給システムにおいて、システム全体での熱効率化を達成し、これによって所定の水素供給能力を維持しつつシステム全体の小型化を図り、水素スタンドとして容易に設置可能な高圧水素の供給システムを提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、このような高圧水素の供給システムにおいて、システム全体での熱効率化を達成しつつ同時に負荷変動に対して容易に対応できるようにし、これによって所定の水素供給能力を維持しつつシステム全体の小型化を図り、水素スタンドとして容易に設置可能な高圧水素の供給システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、水素を製造し、製造された水素を圧縮して水素消費機関に高圧水素を供給する高圧水素の供給システムであり、水素を製造する水素製造装置と、製造された水素を所定の圧力まで圧縮する水素圧縮装置と、圧縮された高圧水素を水素消費機関に供給する水素供給装置と、当該高圧水素の供給システムで消費する電力の一部又は全部を賄う燃焼タービン発電装置と、上記水素製造装置に組み込まれ、上記燃焼タービン発電装置の高温排ガスを熱源として脱水素反応に要する熱量の一部又は全部を賄う熱交換器とを備えていることを特徴とする高圧水素の供給システムである。
【００１７】
本発明において、水素を製造するための水素製造装置としては、特に制限されるものではなく、例えば、有機ハイドライドを脱水素触媒の存在下に脱水素して水素を製造する装置や、軽質炭化水素、メタノール、ジメチルエーテル等を水蒸気改質反応させて水素を製造する装置等を挙げることができ、好ましくは前者の有機ハイドライドを脱水素触媒の存在下に脱水素して水素を製造する装置がよい。
以下、この有機ハイドライドを脱水素して水素を製造する水素製造装置を例にして、本発明を説明する。
【００１８】
この有機ハイドライドを脱水素して水素を製造するための水素製造装置については、内部にこの水素製造装置に導入される有機ハイドライドと効率良く接触し得る脱水素触媒を収納し、かつ、上記燃焼タービン発電装置から排出される高温排ガスが導入され、有機ハイドライドと熱交換してその脱水素反応に要する熱量の一部又は全部を賄う熱交換器とを備えているものであればよく、例えば、二重管や多管円筒型熱交換器型の反応器のごとき装置が好適に用いられる。これらの装置については、良好な伝熱とホットスポット防止のための工夫がなされなければならず、例えば、高温排ガスを用いてホットオイル等の熱媒体を生成せしめ、この熱媒体を使用して反応熱の供給を行う等の方法も適宜行われる。
【００１９】
このような水素製造装置で用いられる有機ハイドライドとしては、再生して再利用可能なことから、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、ビフェニル、フェナンスレン等の芳香族化合物のいずれか１種又は２種以上の混合物を水素化して得られ、脱水素反応により水素を放出する芳香族化合物の水素化誘導体が好適であり、特にベンゼンやナフタレンの水素化により得られるシクロヘキサンやデカリンが好ましい。
【００２０】
また、この水素製造装置で用いられる脱水素触媒については、従来よりこの種の用途で知られている種々の脱水素触媒、例えば、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄等の触媒活性を有する金属をシリカゲル、アルミナ、ゼオライト、活性炭、モレキュラーシーブ、カーボンナノチューブ等の担体に担持させたもの等を用いることができるが、全国的に多数個所設置される水素スタンドを構成する１つの装置であることを考慮すると、メンテナンス等の観点から、高い触媒活性を有し、炭素析出が可及的に抑制されており、しかも、高い選択性を有して長期間に亘って安定して触媒活性を維持し得るものであるのがよい。
【００２１】
このような観点から、本発明の水素製造装置で用いる脱水素触媒については、特に、表面積１５０m2/g以上、細孔容積０．５５cm3/g以上及び平均細孔径９０〜２００Åであって細孔径９０〜２００Åの細孔が全細孔容積の６０%以上を占める多孔質γ−アルミナ担体に酸化亜鉛を５〜５０重量%の割合で担持させ、次いで６００℃以上の高温で１０時間以上焼成して得られた複合酸化物からなり、結晶構造の大半がスピネル構造となっている複合担体に、白金０．０５〜１．５重量%、スズ０．５〜１０重量%、及び周期律表の第１Ａ族及び第２Ａ族からなる群（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）から選ばれる少なくとも１つのアルカリ性金属０．０１〜１０重量%を担持させて得られた脱水素触媒が好ましい。この脱水素触媒については特開2000-37,626号公報に詳細に説明されている。
【００２２】
また、本発明で用いる水素圧縮装置については、上記水素製造装置で製造された水素を常圧から所定の圧力、すなわち水素供給装置の供給圧力以上まで圧縮することができ、かつ、上記燃焼タービン発電装置で発電された電力により駆動できるものであればよく、例えば往復動圧縮機等の圧縮機が挙げられる。
【００２３】
更に、上記水素圧縮装置で圧縮された高圧水素を水素消費機関に供給する水素供給装置は、通常ディスペンサーと呼ばれる装置であり、供給用の水素ホルダー、水素を水素自動車や燃料電池自動車等の水素消費機関に注入するための供給ノズル、水素流量計等の機器を備えており、高圧水素を水素自動車や燃料電池自動車等の水素消費機関に供給するものである。
【００２４】
そして、本発明の高圧水素の供給システムで消費する電力の一部又は全部を賄う燃焼タービン発電装置については、軽油、灯油、都市ガス、ＬＰＧ等の入手し易い燃料により駆動され、タービンの動力により発電する燃焼タービン発電機であり、その出力については供給システムの規模によって選択され、具体的には軸流タービン等を例示することができる。
【００２５】
本発明の高圧水素の供給システムにおいては、上記水素製造装置に組み込まれた熱交換器の排ガス下流側にタービン排ガス熱回収装置を設け、このタービン排ガス熱回収装置により上記熱交換器で熱交換された排ガスからその余熱を更に回収し、好ましくは、１００℃を超える温度で熱回収する高温熱回収部と１００℃以下の温度で熱回収する低温熱回収部とを設け、燃焼タービン発電装置からの高温排ガスにより持ち出される廃熱を可及的に回収するのがよく、例えば後述するように、この高圧水素の供給システムで用いる種々の用途の熱エネルギーとして利用するのが望ましい。
【００２６】
また、本発明の高圧水素の供給システムにおいては、上記水素圧縮装置を前段圧縮機と後段圧縮機とで構成し、これら前段圧縮機と後段圧縮機との間には製造された水素中の有機ハイドライド由来の分解生成物や部分脱水素生成物等の不純物を分離除去して高純度の水素を得る水素精製装置を直列に接続すると共に、この水素精製装置と後段圧縮機との間には水素精製装置で精製された水素の一部又は全部を一時的に貯蔵する水素貯蔵装置を接続し、これによって、水素の供給先である水素消費機関の性能維持や寿命確保を達成できると共に、予め水素精製装置で水素を製造してその水素消費機関への供給まで一時的に貯蔵したり、あるいは、水素製造装置で供給量を超えて製造された水素の余剰分を一時的に貯蔵できるようにし、これによって水素供給量の変動（システムの負荷変動）に容易に対応することができる。
【００２７】
そして、上記前段圧縮機では水素製造装置で製造された水素を水素精製装置で必要とする圧力まで、通常５〜５０気圧、好ましくは１０〜３０気圧まで圧縮し、また、後段圧縮機では水素精製装置で精製された水素を水素供給装置の供給圧力以上まで、通常は水素消費機関に備えられた水素貯槽の定格圧力より１０〜２５%程度高い圧力まで、具体的には通常１００〜１０００気圧程度まで圧縮する。
【００２８】
ここで、上記の水素精製装置としては、例えばプレッシャースウィングタイプ精製装置（PSA）や膜分離器等が好適に用いられ、また、上記圧縮機としては、上記燃焼タービン発電装置で発電された電力により駆動される往復動圧縮機等が好適に用いられ、更に、上記水素貯蔵装置としては、例えば水素吸蔵合金とその加熱・冷却システムとを有する水素貯蔵システムが好適に用いられ、より好ましくはこの水素貯蔵システムの稼動に必要な熱量を上記タービン排ガス熱回収装置により回収される回収熱で賄うようにするのがよい。
【００２９】
更に、本発明の高圧水素の供給システムにおいては、上記水素製造装置、水素圧縮装置及び水素供給装置に、更には必要に応じて設けられるタービン排ガス熱回収装置、水素精製装置及び水素貯蔵装置に、それぞれ冷却媒体を供給するための冷媒供給装置を設け、この冷媒供給装置から供給される冷却媒体を用いてこれら水素製造装置、水素圧縮装置、水素供給装置、タービン排ガス熱回収装置、水素精製装置、水素貯蔵装置等の温度制御や稼動を行うのがよい。
【００３０】
そして、これら水素製造装置、水素圧縮装置、水素供給装置、タービン排ガス熱回収装置、水素精製装置、水素貯蔵装置、冷媒供給装置等がその稼動のために必要とする電力については、燃焼タービン発電装置で発電される電力で賄うように設計するのがよく、より好ましくは、燃焼タービン発電装置で発電される電力及びこの燃焼タービン発電装置の高温排ガスから直接及びタービン排ガス熱回収装置を介して回収される回収熱により、高圧水素の供給システム全体で必要とする電力及び熱量の６０%以上、好ましくは８０%以上を賄うように設計するのがよい。
【００３１】
なお、本発明において、上記水素製造装置がその水素の製造のために多くの熱量を必要とする等の場合に、上記燃焼タービン発電装置における高温排ガスの出口から水素製造装置の熱交換器における高温排ガスの入口までの高温排ガスの移送ライン中に、例えばバーナー等の助燃機構を組み込み、これによって熱交換器に入る高温排ガスの温度を更に高めて水素製造装置が要求する熱量を十分に賄うことができるようにしてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００３３】
図１〜図３に、本発明の高圧水素の供給システムが適用された水素スタンドのフローチャートが示されている。
原料となる有機ハイドライド（シクロヘキサン又はデカリン）はタンクローリー等で水素スタンドに運ばれ、原料貯槽１に一旦貯えられる（図１及び図２参照）。この有機ハイドライドは原料貯槽１からポンプ２により熱交換器３に送り込まれ、そこで１５０〜１７０℃に加熱された後、水素製造装置４の反応器５内に供給される（図１及び図２参照）。
【００３４】
この水素製造装置４の反応器５は、脱水素触媒（例えば、アルミナ担持白金系触媒等）が充填され、原料の有機ハイドライドがこの脱水素触媒に接触しつつ通過する触媒充填領域5aと、この触媒充填領域5aとの間で間接的に熱交換可能に形成され、燃焼タービン発電機６からライン７を介して直接的に導入される約５００℃の高温排ガスが流通し、上記脱水素触媒中を通過する有機ハイドライドと熱交換する高温排ガス流通領域5bとを備えており、反応器５自体が有機ハイドライドの脱水素反応に要する熱量の全部を賄う熱交換器として機能するように構成されている（図２参照）。なお、上記燃焼タービン発電機６は、燃料貯槽８からライン8aを介して供給される軽油、灯油、都市ガス、ＬＰＧ等の燃料により駆動される（図１参照）。
【００３５】
この水素製造装置４の反応器５では、有機ハイドライドの脱水素反応が生起して水素が製造され、この際の吸熱反応により上記燃焼タービン発電機６から導入される約５００℃の高温排気ガスは約３００〜３５０℃まで低下し、また、この反応器５から排出される約３００〜３５０℃の排ガスはライン９から反応器５の下流側に接続されたタービン排ガス熱回収装置10に導入される（図１及び図２参照）。
【００３６】
上記タービン排ガス熱回収装置10は、高温熱媒体のホットオイルと熱交換し、１００℃を超える温度で排ガスから熱回収する図示外の高温熱回収部と、低温熱媒体、例えば１００℃以下の水と熱交換し、１００℃以下の温度で熱回収する図示外の低温熱回収部とを備えており、タービン排ガス熱回収装置10に導入された排ガスはその高温熱回収部及び低温熱回収部で熱交換して約１５０℃程度まで低下し、ライン10aから外部に排出される（図１参照）。
【００３７】
上記水素製造装置４の反応器５を出た反応混合物は、上記熱交換器３に導入され、そこで反応器５に導入される原料の有機ハイドライドと熱交換した後、冷水11aを用いた冷却器11に導入され、更に気液分離器12に導入されて水素（不純物の軽質ガスを含む）と芳香族化合物（脱水素生成物であるベンゼン又はナフタレン）とに分離される（図２参照）。
【００３８】
また、上記気液分離器12で分離された水素は、ライン13から前段圧縮機14に導入される。また、上記気液分離器12で分離された芳香族化合物は、ライン15からポンプ16を経て熱交換器17に入り、更にその下流の脱ガス器18に導入され、芳香族化合物中に溶け込んだ気体（水素及び軽質ガス等）が分離され、オフガスとしてライン19から抜き出され、上記燃料貯槽８からのライン8a中の燃料に合流し、燃焼タービン発電機６の燃料の一部として利用される。また、脱ガス器18を通過した脱ガス後の芳香族化合物は、ライン20から上記熱交換器17に導入され、気液分離器12から脱ガス器18に導入される脱ガス前の芳香族化合物と熱交換した後、冷水21aを用いた冷却器21で冷却され、一時的にタンク22に蓄えられた後、タンクローリーで回収されて例えば再生工場で原料の有機ハイドライド（シクロヘキサン又はデカリン）に還元される（図１及び図２参照）。
【００３９】
上記前段圧縮機14に導入された水素は、そこで１０〜２０気圧まで圧縮され、次いでＰＳＡ又は膜分離器からなる水素精製装置23に送り込まれ、水素自動車や燃料電池自動車等の水素消費機関27に不適な不純物が分離除去される。この水素精製装置23で分離された不純物もライン24から上記ライン19中のオフガスと合流し、上記燃焼タービン発電機６の燃料の一部として利用される（図１参照）。
【００４０】
上記水素精製装置23で精製された水素は、次に後段圧縮機25に導入され、そこで水素消費機関27が搭載する水素貯槽の定格圧力より１０〜２５%程度高い圧力、例えば水素貯槽の定格圧力が３５０気圧であれば４２０〜４４０気圧程度まで加圧され、水素供給装置26により水素消費機関27の水素貯槽内に供給され、充填される（図１参照）。
【００４１】
この実施例において、上記水素精製装置23と後段圧縮機25との間には水素吸蔵合金とその加熱・冷却システムとを有する水素貯蔵システムを備えた水素貯蔵装置28がライン28a,28bを介して設けられており（図１参照）、余剰の水素があるときには後述する冷媒供給装置31からの冷却媒体がライン31a,31bから導入・排出されて水素吸蔵合金が冷却され、余剰の水素がこの水素吸蔵合金に吸蔵され、また、水素が不足したときには後述のタービン排ガス熱回収装置10の高温熱回収部からのホットオイルがライン10b,10cから導入・排出されて水素吸蔵合金が加熱され、この水素吸蔵合金に吸蔵されている水素が放出されるようになっており、これによって予め水素精製装置４で多量の水素を製造して水素消費機関27への供給まで一時的に貯蔵したり、あるいは、水素製造装置４で供給量を超えて製造された水素の余剰分を一時的に貯蔵できるようになっており、水素供給量の変動（システムの負荷変動）に容易に対応できるようになっている（図１及び図３参照）。
【００４２】
また、この実施例において、上記タービン排ガス熱回収装置10の高温熱回収部で熱交換したホットオイルは、ライン10b,10cにより水素製造装置４や水素貯蔵装置28の熱源として供給されていると共に、その余剰分はライン29a,29bを通して外部に循環供給され、また、低温熱回収部で熱交換した温水は、ライン30a,30bを通して外部に循環供給され、外部で温水器や暖房等の用途に供されている（図１参照）。
【００４３】
更に、この実施例においては、高圧水素の供給システムで必要とする冷却媒体を供給するための冷媒供給装置31が設けられており、この冷媒供給装置31で調製された冷却媒体が上記水素製造装置４、前段圧縮機14、水素精製装置23、水素供給装置26、及び水素貯蔵装置28に循環されて冷熱を供給するようになっており、これら水素製造装置４、タービン排ガス熱回収装置10、前段圧縮機14、水素精製装置23、水素供給装置26、及び水素貯蔵装置28の温度制御や稼動の冷熱エネルギーとして利用されている。
【００４４】
更にまた、この実施例においては、上記燃焼タービン発電機６で発電された電力は、上記の全ての装置等、すなわち水素製造装置４、タービン排ガス熱回収装置10、前段圧縮機14、水素精製装置23、水素供給装置26、水素貯蔵装置28、及び冷媒供給装置31に、ライン6aを介して動力源として供給され、これらの各装置等を稼動するようになっている。
【００４５】
本発明者らがこの実施例に係る高圧水素の供給システムに関して、有機ハイドライドとしてシクロヘキサンを用いて水素４００Nm3/hrを製造し、貯蔵し、また、供給する場合について、その用役コストと総合熱効率を計算し、燃焼タービン発電装置を用いない従来の方法と比較した結果、この実施例の方法では用役コストが約２０%減少でき、また、総合熱効率が約８%向上できることが見込まれた。
また、上記と同様に水素供給量の変動を考慮して１日の運転４,２００Nm3/日について検討した結果、この実施例の方法では用役コストが約２７%減少でき、また、総合熱効率が約８%向上できることが見込まれた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の高圧水素の供給システムによれば、燃焼タービン発電装置の高温排ガスが有する廃熱を水素製造装置の脱水素反応に利用することにより、システム全体での熱効率化を達成し、これによって所定の水素供給能力を維持しつつシステム全体の小型化を図り、水素スタンドとして容易に設置可能な高圧水素の供給システムとすることができ、また、同時に負荷変動に対しても容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る高圧水素の供給システムが適用された水素スタンドのフローチャートである。
【図２】図２は、図１の水素製造装置を詳細に示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１の水素貯蔵装置を詳細に示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…原料貯槽、２,16…ポンプ、３,17…熱交換器、４…水素製造装置、５…反応器、5a…触媒充填領域、5b…高温排ガス流通領域、６…燃焼タービン発電機（燃焼タービン発電装置）、6a,７,8a,９,10a,10b,10c,13,15,19,20,24,28a,28b,29a,29b,30a,30b,31a,31b…ライン、８…燃料貯槽、10…タービン排ガス熱回収装置、11,21…冷却器、11a,21a…冷水、12…気液分離器、14…前段圧縮機（水素圧縮装置）、18…脱ガス器、22…タンク、23…水素精製装置、25…後段圧縮機（水素圧縮装置）、26…水素供給装置、27…水素消費機関、28…水素貯蔵装置、31…冷媒供給装置。
【図１】
2004197705.tif 000003
【図２】
2004197705.tif 000004
【図３】
2004197705.tif 000005