(57)【要約】【課題】エネルギ効率の高い水素供給システムを提供する。【解決手段】炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システム２と、燃料改質システム２より得られた水素を貯蔵する貯蔵タンク３と、燃料改質システム２で生成された水素を貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段４と、を備える。熱回収手段４により回収された熱を燃料改質システム２での改質反応に利用する。ここでは加熱手段５を備え、回収された熱を改質反応に用いる原料の加熱または気化に利用する。【選択図】      図１
2005041709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システムと、
前記燃料改質システムより得られた水素を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記燃料改質システムで生成された水素を前記貯蔵タンクに貯蔵するに伴って発生する熱を回収する熱回収手段と、を備え、
前記熱回収手段により回収された熱を前記燃料改質システムの改質反応に使用することを特徴とする水素供給システム。
【請求項２】
前記貯蔵タンクは、定置用タンク、または、移動体に搭載された移動体用タンクの少なくとも一方である請求項１に記載の水素供給システム。
【請求項３】
前記貯蔵タンクとして、水素吸蔵合金を使用したタンクを用いる請求項１または２に記載の水素供給システム。
【請求項４】
前記燃料改質システムにおいて、水蒸気改質により生成した改質ガス中の水素を水素分離膜により分離することにより水素を生成する請求項１から３のいずれか一つに記載の水素供給システム。
【請求項５】
前記熱回収手段により回収された熱を貯蔵する蓄熱手段を備え、
前記蓄熱手段に蓄熱された熱を、前記燃料改質システムの熱が不足する場合に使用する請求項１から４のいずれか一つに記載の水素供給システム。
【請求項６】
前記熱回収手段により回収された熱を前記燃料改質システムに用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に使用する請求項１から３のいずれか一つに記載の水素供給システム。
【請求項７】
前記熱回収手段により回収された熱を加湿空気生成に使用し、加湿空気を前記原料の一部とする請求項６に記載の水素供給システム。
【請求項８】
前記燃料改質システムで生成される改質ガスの廃熱を、前記燃料改質システムに用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に使用する請求項１から７のいずれか一つに記載の水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水素供給システムに関する。特に、水素供給システムのエネルギ効率向上のための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車輌等の移動体の動力源として、環境対応の観点から望ましく、また高効率のポテンシャルが高い固体高分子電解質型の燃料電池が有力視されている。一般に、固体高分子電解質型の燃料電池では、水素と酸素（空気）を用いて発電を行う。
【０００３】
上記のような燃料電池の駆動用水素供給源として、改質器を移動体に搭載する技術が開発されている。しかし、改質器は、始動後に定常運転に至るまでに所定の時間を要するという問題がある。この問題を解決する方法として、定置の水素供給システム（ステーション）から移動体に搭載した水素貯蔵タンクに水素を供給し、移動体の水素貯蔵タンクより燃料電池に直接水素を供給する方法がある。
【０００４】
従来の水素供給システムとして、移動体に搭載した水素貯蔵タンクに水素を供給する場合に吸・発熱現象を利用したものが知られている。水素を水素供給システムの貯蔵タンクより放出して移動体の貯蔵タンクに吸蔵する場合、水素放出は吸熱反応となり、水素吸蔵は発熱反応となる。水素放出・吸蔵性能を維持するためには、それぞれの吸・発熱反応に対応して加熱・冷却を行う必要がある。そこで、水素吸蔵時の発熱反応で発生した熱を、熱媒体を介して水素放出時の吸熱反応に用いることにより、従来個別に行われていた加熱と冷却工程を省略し、エネルギ効率を向上している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６１９９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
上述した従来技術においては、水素供給システムの水素貯蔵タンクから移動体の貯蔵タンクへの水素供給時の吸・発熱作用を相互に利用している。しかしながら、水素供給システム内に燃料改質システムを備え、燃料改質システムで得られた水素を水素供給システム内の貯蔵タンクに貯蔵する場合に発生する熱量については、クーラ等を用いて冷却しなければならない。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、燃料改質システムを備えた水素供給システムにおいて、エネルギ効率を向上することができる構成を提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システムと、前記燃料改質システムより得られた水素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記燃料改質システムで生成された水素を前記貯蔵タンクに貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段と、を備える。前記熱回収手段により回収された熱を前記燃料改質システムの改質反応に使用する。
【０００９】
【作用及び効果】
回収された熱を燃料改質システムの改質反応に使用するので、クーラ等の外部動力エネルギを追加することなく水素貯蔵タンクの温度上昇を抑えることができる。また、燃料改質システムに、システム外部から熱を供給することにより改質効率が向上する。以上の結果より、エネルギ効率の高い水素供給システムを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる水素供給システム１の概略構成を図１に示す。ここでは水素供給システム１を、移動体に水素ガスを供給するための定置用の水素供給システムとする。
【００１１】
炭化水素系燃料を改質することにより水素を生成する燃料改質システム２を備える。ここでは、燃料改質システム２として、水蒸気改質を行う改質器２ａと、改質器２ａで生成された改質ガス中の水素を分離する水素分離膜２ｂを備える。水蒸気改質により生成した水素ガスを水素分離膜２ｂにより分離して、水素ガスのみを取り出す。なお、改質器２ａと水素分離膜２ｂは一体に形成してもよい。
【００１２】
次に、このような燃料改質システムに用いる改質原料の供給手段について説明する。以下に説明する供給手段により供給される改質原料としては、炭化水素系燃料、または、水、または、炭化水素系燃料および水、のいずれを用いてもよい。ここでは、説明する供給手段により供給される改質原料として炭化水素系燃料を用い、この他に、図示しない水の供給手段を備える。
【００１３】
改質原料の供給手段として、加熱手段５とヒータ６を備える。図示しない原料タンクから、配管５１を通って水素供給システム１に改質原料を導入する。導入した改質原料を、加熱手段５において、後述するように水素吸蔵に伴う熱を用いて加熱する。加熱手段５において加熱された原料は、配管５２を通ってヒータ６に供給される。ヒータ６では、起動時、および、定常運転時に、加熱手段５における原料の加熱量が不足する場合に、その不足熱量を供給する。これにより、改質原料を所定温度まで加熱する。または、改質原料を気化する。このように温度調整、または気化された改質原料を、配管５３を通って燃料改質システム２に供給する。
【００１４】
また、水素供給システム１には、燃料改質システム２で生成された水素を貯蔵する水素貯蔵タンク３を備える。ここでは、水素貯蔵タンク３として水素吸蔵合金を備えた水素貯蔵タンク３ａを備える。燃料改質システム２で生成された水素は、配管８１を通って、水素貯蔵タンク３ａに吸蔵される。この水素の吸蔵は発熱現象である。そのため、水素の吸蔵を効率良く行うために、水素貯蔵タンク３ａおよび水素吸蔵金属を冷却する必要がある。
【００１５】
そこで、水素貯蔵タンク３ａに、水素吸蔵に伴う熱を回収する熱回収手段４を備える。ここでは、熱回収手段４を、水素貯蔵タンク３ａ内に形成された熱媒体の流通路とし、熱媒体を循環させることにより水素貯蔵タンク３ａおよび水素吸蔵金属の熱を除去可能な構成とする。
【００１６】
また、熱回収手段４に熱媒体を供給する配管４２、熱回収手段４において高温となった熱媒体を回収する配管４１を備える。配管４１により回収された高温熱媒体を前述した加熱手段５内を流通し、改質原料と熱媒体との間で熱交換を行うことにより熱媒体の冷却を行う。つまり、水素ガスの吸蔵に伴う熱を熱回収手段４により回収して、改質原料の加熱に用いる。
【００１７】
さらに、水素貯蔵タンク３ａには、水素ガスを図示しない外部の移動体に選択的に供給するための配管７１、バルブ７を備える。バルブ７を開くことで、水素貯蔵タンク３ａ内に貯蔵された水素ガスを、図示しない移動体に供給する。
【００１８】
次に、水素供給システム１の水素生成および貯蔵時における動作について説明する。
【００１９】
起動時においては、配管５１を介して導入された原料は、ヒータ６で所定の温度まで加熱され、配管５３を通り燃料改質システム２に供給される。燃料改質システム２では、原料を改質することにより水素を生成し、配管８１を通って水素貯蔵タンク３ａに供給される。水素貯蔵タンク３ａでは、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に発熱する。水素吸蔵に伴う発熱により水素貯蔵タンク３ａ内部および水素吸蔵合金の温度が上昇すると水素吸蔵能力が低下してしまう。そこで、熱回収手段４を流れる熱媒体により熱を回収して、水素貯蔵タンク３ａおよび内部の水素吸蔵合金の冷却を行う。
【００２０】
熱回収手段４により回収された熱により昇温された熱媒体は、配管４１を通って改質原料を加熱する加熱手段５に供給される。熱媒体は、加熱手段５で改質原料を加熱することにより降温され、配管４２を通して、再び水素貯蔵タンク３ａの熱回に使用される。以降、熱媒体は、上記配管４１、４２を循環する。熱回収手段４により回収される熱量が増加して、配管５１より投入された原料が加熱手段５において加熱されるようになると、ヒータ６の出力をカットまたは低下させて、水素生成および貯蔵の定常運転に移行する。
【００２１】
なお、ここでは、燃料改質システム２において、水蒸気改質反応と水素分離により水素を生成しているがこの限りではない。水蒸気改質と酸化反応による改質とを組み合わせたＡＴＲ（ａｕｔｏ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）を行うことにより水素ガスを生成してもよい。例えば、水素貯蔵タンク３に用いる水素吸蔵合金としてＭｍＮｉＡｌ合金を用い、水素圧力０．２ＭＰａの条件下で毎秒１ｍｏｌの水素を吸蔵させる場合の発熱を冷却するための熱交換量は３４〜３９Ｋｗとなる。また、燃料改質システム２で毎秒１ｍｏｌの水素を生成させるために、例えば原料としてガソリン、水、空気を用い、原料を２５℃から４００℃まで昇温させるために必要な熱量は８２Ｋｗとなる。従来、クーラ等を用いて外部動力を加えることにより冷却していた水素吸蔵時の発熱による熱量を回収し、やはり、従来ヒータ等を用いて外部よりエネルギを加えることにより昇温していた燃料改質の原料加熱に回収した熱量を有効に利用する。
【００２２】
また、ここでは水素供給システム１を定置用の水素供給システムとしたがこの限りではない。例えば、移動体に搭載した水素供給システムとしてもよい。これは、移動体に、燃料改質システムと、燃料改質システムで生成した水素ガスを貯蔵する貯蔵タンク（水素貯蔵タンク３ａ）を備えた場合となる。
【００２３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００２４】
炭化水素系燃料と、水または酸化剤ガスの少なくとも一方を原料とする燃料改質システム２と、燃料改質システム２より得られた水素を貯蔵する貯蔵タンク３と、燃料改質システム２で生成された水素を貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段４と、を備える。熱回収手段４により回収された熱を燃料改質システム２の改質反応に使用する。ここでは加熱手段５を備え、回収された熱を改質反応に用いる原料の加熱または気化に使用する。また、貯蔵タンク３は、定置用タンク、または、移動体に搭載された移動体用タンクの少なくとも一方とする。
【００２５】
これにより、貯蔵タンク３に水素を貯蔵する際に発生する熱を除去するためのクーラ等の外部エネルギを追加することなく、貯蔵タンク３の温度上昇を抑えることができるので、効率良く水素を貯蔵することができる。また、改質反応に用いる熱を燃料改質システム２の外部から供給することにより、改質効率を向上することができる。その結果、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００２６】
貯蔵タンク３ａとして、水素吸蔵合金を使用したタンクを用いる。従来、クーラ等を用いて外部動力を加えることにより冷却していた水素吸蔵時に生じる熱を回収し、やはり、従来、ヒータ等を用いて外部よりエネルギを加えることにより昇温していた燃料改質の原料加熱に、回収した熱を有効利用することができる。これにより、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００２７】
また、燃料改質システム２として、水蒸気改質を行う改質器２ａおよび水素分離膜２ｂを用いる。つまり、燃料改質システム２において、水蒸気改質により生成した改質ガス中の水素を水素分離膜２ｂにより分離することにより水素を生成する。水蒸気改質は３００℃〜５００℃程度で行われ、改質反応が吸熱反応のため、貯蔵タンク３ａに供給されるガス温度が比較的低くなる。ここで、貯蔵タンク３ａに水素を貯蔵する場合、貯蔵される水素温度が低いほど効率良く貯蔵することができる。そのため、水蒸気改質を行う改質器２ａを用いることで、貯蔵に適した水素生成を行うことができる。また、水素分離膜２ｂを用いることにより、高濃度の水素を貯蔵タンク３ａに供給することができる。
【００２８】
また、熱回収手段４により回収された熱を燃料改質システム２に用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に使用する。従来、改質反応に用いる原料を昇温・気化するために、外部よりエネルギを供給していたが、熱回収手段４により回収した熱を用いることで、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００２９】
次に、第２の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図２に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３０】
熱回収手段４により回収した熱を蓄熱する蓄熱手段１８を備える。ここでは、配管４１の途中に蓄熱手段１８を備える。
【００３１】
水素貯蔵タンク３ａに水素を吸蔵する際に、運転中に改質原料を温めるのに十分な熱量以上の熱が発生した場合、例えば、負荷の過渡急減状態などには、蓄熱手段１８により熱を蓄熱する。これにより、水素貯蔵タンク３ａで生じる熱を十分に除去できる温度に調整された熱媒体を熱回収手段４に循環させる。一方、改質原料量が増加した場合、例えば、負荷の過渡増大時等に、蓄熱手段１８に蓄積した熱を開放して加熱手段５での改質原料の加熱に利用することで熱効率を向上することができる。
【００３２】
また、運転終了時に蓄熱手段１８に蓄熱された熱を、次回の運転開始時に使用する。例えば、暖機運転時に配管５１を通って加熱手段５に供給されるガスに、蓄熱手段１８に蓄えられた熱を熱媒体を介して供給することにより、燃料改質システム２に供給するガスを昇温する。これにより、暖機時のヒータ６に負荷等を抑制することができる。
【００３３】
つまり、熱回収手段４において回収される熱量に対して、加熱手段５における熱交換による熱媒体の温度低下が小さく、全体として熱媒体の温度が上昇する場合に、蓄熱手段１８に熱を蓄える。一方、熱回収手段４において回収される熱量に対して、加熱手段５における熱交換による熱媒体の温度低下が大きい場合には、蓄熱手段１８に蓄えられた熱を熱媒体に開放する。
【００３４】
次に本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００３５】
熱回収手段４により回収された熱を貯蔵する蓄熱手段１８を備え、蓄熱手段１８に蓄熱された熱を燃料改質システム２の熱が不足する場合に使用する。これにより、燃料改質システム２が停止状態から起動される場合の暖機や、運転過渡期などにおいて、燃料改質システム２の熱の不足を補うことができる。その結果、外部からのエネルギを用いるヒータ６等の負荷を低減することができ、エネルギ効率の高い水素供給システムを提供することができる。
【００３６】
次に、第３の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図３に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３７】
燃料改質システム２にＡＴＲを採用する。また、燃料改質システム２として、ＡＴＲを行う改質器２１、熱交換器２２、部分酸化反応器２３を備える。改質器２１で生じたＡＴＲ反応により昇温された改質ガスは、改質器２１の出口部で５００℃〜８００℃程度となる。一方、改質器２１の下流に配置する部分酸化反応器２３の作動温度は１５０℃程度である。そのため、改質器２１から部分酸化反応器２３に改質ガスを供給するまでに、改質ガスを冷却する必要がある。そこで、熱交換器２２を備え、改質ガスの冷却を行う。
【００３８】
このとき、熱交換器２２では、改質ガスの廃熱を用いて改質原料の加熱を行う。つまり、熱交換器２２において、改質ガスと改質原料の熱交換を行う。ヒータ６から排出された改質原料を配管５３を介して熱交換器２２に供給する。ここで、改質ガスからの熱を得ることにより所定の温度となった改質原料を、配管５４を介して改質器２１に供給して改質反応を行う。
【００３９】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４０】
燃料改質システム２で生成される改質ガスの廃熱を、燃料改質システム２に用いる原料の昇温または気化の少なくとも一方に利用する。ここでは、熱交換器２２において、改質器２１で生成された改質ガスと改質原料との間で熱交換を行う。これにより、改質ガスからの廃熱を改質原料の加熱に利用することができるため、さらにエネルギ効率を向上することができる。
【００４１】
また、燃料改質システム２にＡＴＲを採用する。これにより、改質に必要な熱量を自身の炭化水素系燃料の酸化改質反応により供給できるため、改質効率が高く、水素供給源として好適な燃料改質システム１を提供することができる。
【００４２】
次に、第４の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図４に示す。以下、第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
ここでは、加熱手段５として水タンク５ａを備える。水タンク５ａには熱媒体を流通する流路を備え、熱媒体と水タンク５ａ内の水との間で熱交換可能な構成とする。熱回収手段４において水素貯蔵タンク３ａから回収された熱により昇温した熱媒体は、配管４１を介して水タンク５ａに供給される。ここで、水タンク５ａ内の水と熱媒体との間で熱交換を行うことにより、水タンク５ａ内の水温が上昇する。一方、熱媒体は降温され、配管４２を通して熱回収手段４に再び供給される。これにより、水素貯蔵タンク３で生じる熱は、水タンク５ａ内の水に移動する。
【００４４】
また、水タンク５ａには、配管５５により改質原料の一つである空気が投入される。配管５５の一端は、水タンク５ａ内の水の中に配置される。このとき、水タンク５ａ中の水は、上述したように水素貯蔵タンク３ａから回収した熱により昇温している。よって、配管５５の一端から水タンク５ａ中に空気が投入されることで、昇温した水中に気泡が生成されて空気が加湿される。加湿された空気は、配管５６を介してヒータ６に供給される。
【００４５】
また、図示しない燃料タンクから改質原料である炭化水素系燃料が配管５１を介して投入され、同じくヒータ６に供給される。ヒータ６においては、必要に応じて、改質原料としての炭化水素系燃料および加湿された空気の不足熱量を補う。ヒータ６で昇温された改質原料は配管５３、５７を介して燃料改質システム２内の熱交換器２２に供給される。熱交換器２２において、改質ガスと改質原料との間で熱交換を行うことにより、改質原料を所定の温度まで昇温させたら、配管５４、５８を介して燃料改質システム２内の改質器２１に供給する。
【００４６】
なお、ヒータ６は燃料改質システム２の起動時および定常運転時の改質原料の不足熱量を補うために用いられるため、定常運転時には、出力をカットまたは低下させる。
【００４７】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第３の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４８】
熱回収手段４により回収された熱を加湿空気生成に利用し、加湿空気を改質原料の一部とする。ここでは、熱回収手段４において回収された熱を用いて昇温した水に空気を通すことで加湿空気を生成する。これにより、水素を貯蔵する際に生じる熱量が、改質原料の一つである水を沸騰蒸発させる熱量を持たなくとも、加熱された水蒸気を含む加湿空気を取り出すことができる。よって、水素貯蔵に伴う熱を有効に利用することができ、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００４９】
次に、第５の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５０】
水素供給システム１には、燃料改質システム２を備える。ここでは、第１の実施形態と同様に、改質器２ａにおいて水蒸気改質反応を生じることにより生成した水素ガスを水素分離膜２ｂで分離することにより水素ガスを取り出す。または、ＡＴＲにより水素を生成してもよい。
【００５１】
また、燃料改質システム２において生成された水素を加圧するタービン８ａ、８ｂを備える。ここで、タービン８ａ、８ｂにおいて水素を加圧するに伴って熱を生じる。そこで、タービン８ａ、８ｂそれぞれの下流側に、加圧により生じた熱を回収する熱回収手段４ａ、４ｂを備える。
【００５２】
ここでは、燃料改質システム２で生成した水素をタービン８ａに供給して加圧する。加圧した水素を熱回収手段４ａに流通させることにより冷却してから、再びタービン８ｂに供給して加圧する。加圧した水素を熱交換手段４ｂに流通させることにより冷却する。なお、それぞれの間は配管８１〜８５により接続する。
【００５３】
熱回収手段４ａ、４ｂでは、熱媒体を循環させることにより水素と熱交換を行って、水素中の過剰な熱を回収する。配管４２を介して熱回収手段４ａに熱媒体を供給し、さらに配管４１ａを介して熱回収手段４ｂに供給する。配管４１を介して高温となった熱媒体を加熱手段５に供給し、第１の実施形態と同様に改質原料と熱交換を行うことにより冷却する。なお、改質原料の供給手段は、第１の実施形態と同様に、加熱手段５、ヒータ６および配管５１〜５３により構成する。ただし、加熱手段５において改質原料を加熱する熱としては、タービン８ａ、８ｂにおける加圧に伴って生じる熱を利用する。
【００５４】
さらに、タービン８ａ、８ｂにおいて高圧状態とした水素を貯蔵する水素貯蔵タンク３ｂを備える。ここでは、水素貯蔵タンク３として高圧タンクである水素貯蔵タンク３ｂを使用する場合を示す。また、外部の移動体に水素を供給するためのバルブ７とバルブ７１を備える。
【００５５】
次に、本実施形態での水素供給システム１の水素生成および貯蔵時における作動について説明する。
【００５６】
燃料改質システム２の起動時においては、配管５１より投入された原料がヒータ６で所定の温度まで加熱され、配管５３を通り、燃料改質システム２に供給される。燃料改質システム２では供給された原料を改質することにより水素を生成する。水素は配管８１を通り、タービン８ａにて所定の圧力まで加圧される。加圧された水素は発熱昇温する。そこで、水素は、熱回収手段４ａにおいて熱媒体と熱交換を行うことにより冷却される。冷却された水素は、配管８３を通り、タービン８ｂにて所定の圧力まで再び加圧される。タービン８ｂにて、加圧され発熱昇温した水素は、配管８４を通り、熱交換手段４ｂに供給される。熱回収手段４ａにおいて、水素と熱媒体との熱交換を行うことにより水素を冷却する。これにより高圧となった水素ガスを水素貯蔵タンク３ｂに回収する。
【００５７】
一方、熱媒体は、上流側の熱回収手段４ａにおいて熱を回収した後、再び下流側の熱回収手段４ｂにおいて熱を回収し、配管４１を介して加熱手段５に供給される。加熱手段５では、熱媒体と改質原料との間で熱交換を行うことにより、改質原料の加熱を行う。ここでは、改質原料は、第１の実施形態と同様に、配管５１を介して加熱手段５に供給される。同時に熱媒体が冷却されるので、この冷却された熱媒体を配管４２を介して再び熱交換器４ａ、４ｂに供給する。
【００５８】
なお、ここではタービン８を二段階としたがこの限りではなく、貯蔵する際の圧力に応じて設定することができる。例えば、改質器２においてＡＴＲを行い、高圧タンクである水素貯蔵タンク３ｂに水素を貯蔵する際の圧力を３０ＭＰａ、温度を２５℃とし、圧力タービンをたとえばタービン８ａの一段とした場合、毎秒１ｍｏｌの水素を水素貯蔵タンク３ｂに貯蔵させる場合の発熱を冷却するための熱交換量は５１Ｋｗとなる。このように、熱回収手段４により回収した熱量を燃料改質原料の加熱に利用することにより、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００５９】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００６０】
水素貯蔵タンク３ｂとして、高圧タンクを備える。このとき、水素を水素貯蔵タンク３ｂに貯蔵する際に生じる熱を熱回収手段４ａ、４ｂにより回収し、燃料改質に用いる改質原料の加熱に利用する。ここでは、高圧タンクである水素貯蔵タンク３ｂに水素を貯蔵するために、圧縮手段（タービン８）で水素を圧縮するのに伴って生じる熱を回収する。これによりエネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００６１】
次に、第６の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図６に示す。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６２】
第３の実施形態と同様に、燃料改質システム２としてＡＴＲ反応を行う改質器２１、熱交換器２２、部分酸化反応器２３を備える。熱交換器２２において、改質器２１のＡＴＲ反応により昇温された５００℃〜８００℃の改質ガスと、改質原料との間で熱交換を行う。ここでは、ヒータ６から排出された改質原料と改質ガスとの間で熱交換を行って所定の温度まで上昇した改質原料を改質器２１に供給する。また、熱交換により所定の温度まで降温した改質ガスを部分酸化反応器２３に供給して改質ガス中のＣＯを選択的に酸化する。
【００６３】
このとき、第５の実施形態と同様に、水素貯蔵タンク３ｂを高圧タンクにより形成し、水素を圧縮する際に生じる熱を改質原料の加熱に用いる。これにより、水素を過度に昇温させるのを避けることができ、水素の圧力増大を抑制することができるので、効率のよい水素の貯蔵を行うことができる。また、回収した熱を改質原料の加熱に用いるので、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００６４】
次に、第７の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図７に示す。以下、第６の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６５】
第４の実施形態と同様に、加熱手段５として、熱媒体と熱交換可能な水タンク５ａを備える。熱回収手段４ａ、４ｂにより回収した熱により昇温した熱媒体と、水タンク５ａ中の水との間で熱交換を行うことにより、水を加熱して熱媒体を冷却する。冷却された熱媒体は、再び熱回収手段４ａ、４ｂに供給されて、水素を水素貯蔵タンク３ｂに貯蔵するために圧縮する際に生じる熱を回収する。
【００６６】
一方、熱回収手段４ａ、４ｂで回収した熱により昇温した水タンク５ａ内の水中には、配管５５を介して空気が供給される。配管５５の一端から水タンク５ａ中に空気が投入されることで、昇温した水中に気泡が生成されて空気が加湿される。加湿された空気は、配管５６を介してヒータ６に供給される。
【００６７】
また、配管５１を介して炭化水素系燃料もヒータ６に供給される。ヒータ６で必要に応じて加熱された空気および炭化水素系燃料は、配管５３、５７を通って熱交換器２２に供給され、改質ガスと熱交換を行うことにより所定の温度まで昇温される。さらに配管５４、５８を通って改質器２１に供給される。
【００６８】
このように、水素貯蔵タンク３ｂを高圧タンクにより形成し、水素を圧縮する際に生じる熱を改質原料の加熱に用いる。これにより、水素を過度に昇温させるのを避けることができ、効率のよい水素の貯蔵を行うことができる。また、回収した熱を改質原料の加熱に用いるので、エネルギ効率の高い水素供給システム１を提供することができる。
【００６９】
次に、第８の実施形態について説明する。水素供給システム１の概略構成を図８に示す。以下、第７の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７０】
ここでは、外部の移動体１００に搭載した、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵タンク９に水素を貯蔵させる際に生じる熱を回収し、この回収した熱量を、水素供給システム１内の改質原料の加熱に利用する。
【００７１】
図８に、第７の実施形態と同様の水素供給システム１と、その水素供給システムから水素を供給される移動体１００と、を示す。移動体１００には、水素吸蔵合金を有する水素貯蔵タンク９を備える。水素貯蔵タンク９には、予め熱媒体の流通路となる熱回収部１０を備える。
【００７２】
次に、移動体１００への水素供給および貯蔵時における作動について説明する。
【００７３】
水素供給システム１から移動体１００に水素を供給する際には、水素貯蔵タンク９に配管７２を接続する。また、水素供給システム１の外部供給用のバルブ７を開く。水素貯蔵タンク３から移動体１００の水素貯蔵タンク９へ、配管７１、７２を通って水素を供給する。
【００７４】
移動体１００の水素貯蔵タンク９では、水素を吸蔵合金に吸蔵させる際に発熱する。水素吸蔵に伴う発熱により、水素貯蔵タンク９および内部の水素吸蔵合金の温度が上昇すると、水素吸蔵能力が落ちてしまう。このため、熱媒体を用いた熱回収手段１０により水素貯蔵タンク９の熱を奪って、水素貯蔵タンク９および内部の水素吸蔵合金を冷却する。
【００７５】
ここでは、水素供給システム１から移動体１００に水素を供給する際に、熱回収部１０に配管１０１、１０２を接続する。熱回収部１０において高温となった熱媒体を、配管１０１を介して水タンク５ａに循環させる。水タンク５ａにおいて、改質原料を加熱することにより熱媒体は降温され、配管１０２を通して再び水素貯蔵タンク９側の熱回収手段１０に供給される。以降、熱媒体は、上記配管１０１、１０２を循環する。
【００７６】
なお、本実施形態は、第７実施形態で用いた水素供給システム１において、移動体１００に水素を供給する際に生じる熱を改質原料の加熱に用いる構成について説明したが、これは他のいずれの実施形態についても適用することができる。ただし、第１、２、４、５実施形態においては、水タンク５ａを用いていないので、高温となった熱媒体は加熱手段５において冷却される。
【００７７】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１〜６の実施形態の効果とは異なる効果のみを説明する。
【００７８】
移動体１００の水素貯蔵タンク９に水素を吸蔵する際に生じる熱を回収して、水素供給システム１で使用する。ここでは、水素貯蔵タンク９に熱媒体を循環させることにより熱を回収する。また、回収した熱を燃料改質システム２に用いる。例えば改質原料の加熱に用いる。これにより、エネルギ効率のよい水素供給システム１を提供することができる。
【００７９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【００８０】
例えば、上記実施形態では、水素を水素貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を回収する熱回収手段４と、熱回収手段４により回収された熱を利用して改質原料を加熱する加熱手段５と、その間を結ぶ配管４１、４１ａ、４１ｂ、４２を備えた。これに対して、配管を省略して、水素を水素貯蔵タンク３に貯蔵する際に発生する熱を、直接改質原料に与える手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図２】第２の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図３】第３の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図４】第４の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図５】第５の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図６】第６の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図７】第７の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【図８】第８の実施形態に用いる水素供給システムの概略図である。
【符号の説明】
１    水素供給システム
２    燃料改質システム
２ｂ  水素分離膜
３    水素貯蔵タンク
４    熱回収手段
５    加熱手段
８    タービン
１８  蓄熱手段
【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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