(57)【要約】【課題】  需要量に従って、各水素燃料を効率よく生産する。【解決手段】  水素を製造する水素製造装置と、水素製造装置が製造した水素を燃料として用いる燃料形態に変化させて水素燃料を製造する２つ以上の水素燃料製造装置と、水素燃料製造装置の製造する燃料形態が２種類以上とする。また、水素燃料の製造量に関する情報を受信する水素燃料製造量受信装置を有し、前記水素燃料生産量受信装置が受信した水素燃料の製造量に関する情報に基づいて前記水素燃料製造装置が製造する水素燃料の製造量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置が製造した水素を燃料として用いる燃料形態に変化させて水素燃料を製造する２つ以上の水素燃料製造装置と、前記水素燃料製造装置の製造する燃料形態が２種類以上であることを特徴とする水素燃料製造システム。
【請求項２】
請求項１において、水素燃料の製造量に関する情報を受信する水素燃料製造量受信装置とを有し、前記水素燃料生産量受信装置が受信した水素燃料の製造量に関する情報に基づいて前記水素燃料製造装置が製造する水素燃料の製造量を制御することを特徴とする水素燃料製造システム。
【請求項３】
請求項１において、前記水素燃料製造装置が製造する燃料形態が高圧水素，水素吸蔵金属，液化水素又は有機ハイドライドであることを特徴とする水素燃料製造システム。
【請求項４】
請求項１において、前記水素製造装置から前記水素燃料製造装置に水素を供給する配管と、前記配管に配置された弁と、前記配管内を通過する水素の流量を検知する水素流量センサと、前記水素燃料の製造量に関する情報を受信する水素燃料製造量受信装置とを有し、前記水素燃料製造量受信装置が受信した水素燃料の製造量に関する情報に基づいて前記弁の開度を制御することを特徴とする水素燃料製造システム。
【請求項５】
請求項１において、需要家の水素燃料使用量に関する情報を受信する水素燃料使用量受信装置とを有し、前記水素燃料使用量受信装置が受信した水素燃料の使用量に関する情報に基づいて前記水素燃料製造装置が製造する水素燃料の製造量を制御することを特徴とする水素燃料製造システム。
【請求項６】
水素製造から排出される余剰エネルギーを利用して水素燃料を製造する水素燃料製造装置を有し、余剰エネルギーのエネルギー種別およびエネルギー量に基づいて水素燃料製造量を制御することを特徴とする水素燃料製造システム。
【請求項７】
水素製造装置により水素を製造する水素製造工程と、２つ以上の水素製造装置により前記水素製造装置が製造した水素を燃料として用いる燃料形態に変化させて水素燃料を製造する水素燃料製造工程とを有し、前記水素燃料製造工程において前記水素燃料製造装置の製造する燃料形態が２種類以上あることを特徴とする水素燃料製造方法。
【請求項８】
請求項７において、水素燃料製造量受信装置により水素燃料の製造量に関する情報を受信する水素燃料製造量受信工程とを有し、前記水素燃料製造工程において前記水素燃料生産量受信装置が受信した水素燃料の製造量に関する情報に基づいて前記水素燃料製造装置が製造する水素燃料の製造量を制御することを特徴とする水素燃料製造方法。
【請求項９】
請求項７において、前記水素燃料製造工程において前記水素燃料製造装置が製造する燃料形態が高圧水素，水素吸蔵金属，液化水素又は有機ハイドライドであることを特徴とする水素燃料製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、前記配管内を通過する水素の流量を検知する水素流量検知工程と、水素燃料受信装置により前記水素燃料の製造量に関する情報を受信する水素燃料製造量受信工程と、前記水素燃料製造量受信装置が受信した水素燃料の製造量に関する情報に基づいて前記水素製造装置と前記水素燃料供給装置との間に設けられた配管に配置された弁の開度を制御することを特徴とする水素燃料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素燃料製造システム，水素燃料製造方法および水素燃料製造プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球において資源の枯渇と環境破壊は大きな問題とされており、再生可能エネルギーによるゼロエミッション型社会の構築が求められている。これを解決するためには風力や太陽光などの自然エネルギー源の利用，自然界に存在する未だ利用されていない未利用エネルギーの活用も勧められている。また、自然界に無限に存在する水素の利用が注目されている。水素は貯蔵可能なエネルギー源であり、化石燃料の代替エネルギーとして注目されている。
【０００３】
しかし、上述した自然エネルギーの活用は十分に普及しておらず、未だ二酸化炭素
(ＣＯ2) を多量に排出する化石燃料を原料とする発電に依存している。この理由の一つとして、自然エネルギー源を利用した発電の発電量は自然環境に左右されるため、需要に見合った電力の常時供給が極めて困難であることがあげられる。しかし、環境破壊の抑制が推し進められる中、需要家もクリーンエネルギーを要求する場合も増えてきた。
【０００４】
そこで、これらのエネルギー問題を解決するために、水素エネルギーおよびそれを使った燃料電池，自動車や家庭への導入が期待されている。水素は酸素と反応することでエネルギーを放出し、水のみを生成する。この反応は水以外の何も放出しない。水素の製造は、水の電気分解，化石エネルギーやメタノール改質など様々な手法，原料で可能となる。また、高圧タンク，液化タンクや水素吸蔵合金に貯蔵可能となり、有機ハイドライド，メタノールなどに化学的に変化させることで水素燃料として貯蔵供給可能にもなる。
【０００５】
また、供給形態によって著しくエネルギーロスを伴う恐れがあることや、また、高圧水素などは採算を考えると、設備投資が小規模でなければならないと考えられるが、小規模な設備では円滑に供給を行えない恐れがあるなど水素エネルギーの価格を上昇させる問題もある。
【０００６】
また、水素は一般的に危険な物質であるという認識があり、機器設備などに十分な安全対策を行う必要があるため、初期投資やランニングコストに多大な費用がかかる。このため水素に何らかの付加価値をつけて売る必要がある。
【０００７】
上記課題を解決するために、特開２００２−３１５１１１号公報（以下、特許文献１），特開２００３−１３０２９５号公報（以下、特許文献２）では、水素車両に通信機能をもたせ、燃料需要者の燃料消費情報を水素供給所に知らせることで、水素供給所に来ることが想定される水素車両の必要水素量を把握し、水素供給所における各水素車両への水素充填計画を設定することが可能となる。これにより、小規模な水素供給所でも計画的に水素を製造することで、円滑で安定した水素充填を行うことが可能になることを示し、設備費などの低価格化を実現し、水素価格を低下させることを示した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３１５１１１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３０２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、水素は各供給形態によって、充填密度，安全上の問題，化石燃料の使用の是非などの課題があり、水素の供給の形態は決定していない。このため、水素が社会にエネルギーとして出始める草創期は、水素の供給形態が消費者によって様々であり、統一されないと思われる。従って、いくつかの水素燃料が普及すると、各水素燃料が生産され、原料である水素の奪い合いになり、市場の需要供給原理により水素価格が高騰し、水素燃料も高くなってしまう恐れがある。
【００１０】
そこで、本発明では、需要量に従って、各水素燃料を効率よく生産および運用することが可能になり、ひいては地球環境に好ましいエネルギーとしての水素普及の促進に役立つことのできるマルチ水素燃料供給システムおよび水素燃料供給方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、水素燃料製造システムを水素を製造する水素製造装置と、水素製造装置が製造した水素を燃料として用いる燃料形態に変化させて水素燃料を製造する２つ以上の水素燃料製造装置と、水素燃料製造装置の製造する燃料形態が２種類以上としたことを一つの特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、水素製造装置により水素を製造する水素工程と、２つ以上の水素製造装置により水素製造装置が製造した水素を燃料として用いる燃料形態に変化させて水素燃料を製造する水素燃料製造工程とを有し、水素燃料製造工程において水素燃料製造装置の製造する燃料形態が２種類以上あることを一つの特徴としている。
【００１３】
また、コンピュータを、水素を製造する水素製造手段と、水素製造装置が製造した水素を燃料として用いる燃料形態に変化させて水素燃料を製造する２つ以上の水素燃料製造手段として機能させ、前記水素燃料製造装置の製造する燃料形態が２種類以上であることを一つの特徴としている。
【００１４】
なお、本発明のその他の特徴は、以下の記載で説明する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数の水素の供給形態がある場合でも、効率よく水素燃料を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本実施の形態は、マルチ水素燃料供給システムおよび水素燃料供給方法において基本的な構成に関する。
【００１８】
図１に、本実施形態のマルチ水素燃料供給システムの構成を示す。図に示すように、マルチ水素燃料供給システムは水素製造装置が生産する水素を、配管を通じて水素燃料Ａ製造・貯蔵装置に流す。水素燃料Ａ製造装置１０３，水素燃料Ａ貯蔵装置１０４には水素燃料需要家に燃料を供給するための供給装置がそれぞれに設置されている。水素製造装置
１０１と水素燃料Ａ製造装置，水素燃料Ａ貯蔵装置１０４の間には、本システムの中核をなす、水素燃料製造・貯蔵管理装置１０２が設置されており、水素燃料製造・貯蔵管理装置１０２は同装置の動作を制御する制御装置または制御用管理サーバで構成されている。この実施形態では水素製造装置および水素燃料製造・貯蔵管理装置１０２は１台であり、水素燃料製造・貯蔵装置および水素燃料製造装置，水素燃料供給装置は２台以上の複数台である。水素燃料Ａ製造装置１０３は同一敷地内にあることが好ましいが、図１に示すように離れた場所にあっても水素製造装置１０１を共有していれば本実施例を満足するものとする。
【００１９】
本形態では、水素製造装置１０１は具体的には、原子力の余剰電力や風力発電の電力を用いた電気分解装置，炭化水素ガス改質器，バイオマス水素製造装置，化学プラントの副生水素などを示しているが、これに限定されるものではない。
【００２０】
水素燃料製造装置，水素燃料貯蔵装置は、水素を燃料として用いる際に、様々な形態に変化させ、貯蔵する。具体的に水素の供給形態は、水素に高圧を付加し高圧タンクに入れて供給する手法，水素を金属の中に吸収することができる水素吸蔵合金をタンクに入れて供給する方法，水素を冷却し液化させ低温冷却保持装置（クライオスタット）に貯蔵する手法などの物理的に水素を貯蔵する手法や水素原子を含む化合物、例えばデカリン，シクロヘキサン，トルエン，石油，灯油，ＤＭＥ（ディメチルエーテル）などであるがこれに限定されるものではない、として水素を貯蔵する化学的貯蔵方法が考えられる。化学的貯蔵方法では水素はベンゼン環と化学反応させるなどして加工しなければならない。物理的貯蔵方法は水素に対してエネルギーを加えて貯蔵するため長時間貯蔵する際にはエネルギーロスが生じる場合がある。また、爆発性の高い水素をそのまま加工，貯蔵する手法であるためリスクが大きな方法である。一方、化学的貯蔵方法における水素燃料は水素のロスやエネルギーロスが少ない方法であるが水素を放出する際に多くの熱エネルギーが必要になるため限られた用途で運用される可能性が高い。また、化学的貯蔵法は物理的貯蔵法よりは爆発性が少なく、リスクが低い貯蔵方法である。本形態では、上記複数の水素燃料供給施設を安全性などのリスクを低く設定して、水素燃料製造・貯蔵を行う手段を同一敷地内で複数個設置することが可能である。本実施例においては、水素燃料製造装置と水素貯蔵装置の場所が必ずしも同一である必要はなく、この場合、水素燃料製造装置の設置場所と水素貯蔵場所の間を水素燃料がトラック，タンクローリ，パイプラインで輸送される。
【００２１】
例えば、高圧ガスを製造する高圧水素供給と爆発性の低い有機ハイドライドを組み合わせて同一敷地内での供給を行うことや、液体水素と高圧水素を同一ライン上にて供給することなど。これにより、設備費や敷地面積の低下が可能となり安価に水素を供給することが可能になる。
【００２２】
水素燃料製造・貯蔵管理装置は水素製造装置が生産する水素を各水素燃料製造装置に分配する機能を持つ。図２に具体的な水素燃料製造・貯蔵管理装置を示す。
【００２３】
本実施例において水素燃料製造・貯蔵管理装置２０１は水素製造装置から製造される水素を水素燃料製造装置へ分流する筐体２０２と、各水素燃料装置につながる配管２０３との間に、電子制御機能つきの弁および弁の下流に水素流量センサ２０４，水素流量センサ２０４または弁と有線又は無線でつながりセンサから情報を得て、弁を操作する制御装置２０６，水素流量センサ２０４からの情報を記録・格納するメモリから構成される。制御を外部からも行う際には、この制御装置に通信装置２０５を備え、通信装置２０５を介して、管理サーバと情報の送受信を行う。水素燃料製造・貯蔵管理装置２０１は、例えば図３のような流れで各水素燃料製造装置への水素の供給を行う。まず、システムを起動させる（３０１）。これにより制御装置はセンサから水素流量情報を取得し、水素流量がゼロであることを確認する（３０２）。水素流量がゼロであることは、この場合弁が完全に閉鎖していることである。このとき水素燃料製造・貯蔵管理装置に存在する全てのセンサと制御装置は更新を行う。これ以下も全て同等に全てのセンサと更新するものとする。次に燃料製造者へ各水素燃料の生産量の入力を要求する（３０３）。ここで、入力するものは各水素燃料の必要な製造量や必要な水素燃料製造量に対して必要な水素量などが望ましい。各水素燃料の必要な製造量を入力する場合、ある水素燃料に関して必要な水素量などを示す、水素燃料製造・貯蔵装置の仕様データをメモリに格納しておくことが望ましい。
【００２４】
水素燃料生産量の入力後、制御装置にて弁を制御して水素を流す（３０４）。このとき、水素センサは水素燃料の流量を管理し、不足している場合は、他の弁の開度を下げるなどして調整する。また、水素センサは水素流量をｔ秒ごとに測定しており、その結果を制御装置に送り、制御装置がメモリ内に記録，格納する（３０５）。このとき、メモリ内にはｔ秒ごとの水素流量ｆ，０〜ｔ秒間の総流量Ｆ(ｔ)が記録される。
【００２５】
Ｆ(ｔ)が規定の量に達すると、制御装置はこの弁を閉じる。
【００２６】
また、制御装置に通信装置を具備させ、管理サーバと情報の送受信を可能とすると、外部からの操作やデータの表示などが可能となる。管理サーバはメモリの情報を表形式やテキスト化して一連の水素流量情報を格納することが可能となる。以上、一連のフローで水素製造装置から水素燃料製造・貯蔵装置に燃料を分配することで水素燃料を需要者の燃料消費量に合わせて効率的に製造可能となる。
【００２７】
また、管理サーバに複数の需要家の水素燃料消費情報，電力需要情報，気象情報，日時などの情報を管理するデータベースと、このデータベースからのデータを基に複数の水素燃料の消費量または必要量を算出または統計的に予測する水素燃料製造・貯蔵計画管理システムを備えることで、需要者の水素燃料消費量を予知することが可能となる。
【００２８】
また、需要者の水素貯蔵装置にセンサを取り付けて、需要家の水素燃料消費情報や水素燃料残量情報を常にサーバで管理することで、需要者の水素燃料消費量を予知することが可能となる。
【００２９】
ここで、特許文献１と本実施例との相違点を説明する。特許文献１は、水素ステーション間は通信回線のみでつながっており、ステーションに登録されている自動車の水素消費状況をみながら各水素ステーションに供給する水素の量を演算するというものであるが、供給する水素の状態については何も考慮されていない。本実施例は、背景として、今後水素の供給形態は、高圧ガス，液体，化合物など、いろいろ考えられ、その配分を考えながら、効率よく水素を製造するという考え方に基づいている。本実施例では、複数種類の燃料形態で水素を製造できるので、限られた水素を利用して需要に応じた形態で効率的に水素燃料を製造することが可能になる。また、本実施例の大きな考え方は、複数の水素燃料を一つの場所で供給するということ。このため、水素燃料製造元は、残量だけではなく、燃料種類も必要となる。したがって、水素ステーション間はデータ回線でつながる必要はなく、一つの水素製造装置から供給される水素を、複数の水素燃料の配分を演算することが必要になる。この配分を需要量から予測する。これにより、限られた水素を利用して効率的に水素燃料を製造することが可能となる。
【実施例２】
【００３０】
本実施例は実施例１の基本的な構成に対して、水素燃料を製造する方法を図４を用いて説明する。水素製造としては、風力発電装置の電力を使った電気分解装置を用い、水素燃料としては高圧水素，有機ハイドライドを製造し、供給は同一敷地内の水素ステーションで行う事とする。風力など自然エネルギーを用いた電源は、計画的な発電をし難いため、電力を一次的に保存する二次エネルギーとして貯蔵すると電力を有効にかつ系統電力に逆潮流などの悪影響を与えない手法である。
【００３１】
このため、系統電力に一定量の発電電力を流す一方で、余剰電力を水素燃料に変換して需要者に供給することが有効である。本実施例では分散電源オーナの有する発電電力量管理サーバ，風力電力発電装置４０２および配電設備４０３，水素燃料供給者が有する電気分解装置４０４，水素燃料製造・貯蔵管理装置４０５，水素燃料製造・貯蔵管理サーバ
４０６，水素燃料を製造する水素高圧化装置４０７および水素添加装置４０８，水素燃料を供給する水素燃料供給所（水素ステーション），需要家の有する燃料タンク，燃料電池から構成される。なお、水素燃料供給所は燃料供給者が有する。
【００３２】
電力変換装置４０９および配電装置４１０は発電装置が規定値以上の電力量を発電した場合電力を電気分解装置４０４に流すことを可能とする。需要家のもつ配電装置と水素製造者のもつ配電装置とは専用線で接続されていることが好ましい。
【００３３】
分散電源オーナの有する発電設備における発電電力量管理サーバは、分散電源が発電する電力量と需要家が消費する電力量を一定時間ごとに入力または算出し、サーバ内のデータベースに格納する。同時に、需要家が消費する電力量に任意の予備電力量を設定し、発電電力量と需要家が消費する電力量および予備電力と余剰電力量との関係を
余剰電力量＝深夜電力量−（消費電力量＋予備電力量）                  …（１）
とし、サーバに格納されたデータを上式に代入し、余剰電力を求める。
【００３４】
求められた余剰電力量はインターネットなどの通信網を通じて送信され、水素燃料製造者に設置されたサーバで受信され、サーバ内のデータベースに格納される。
【００３５】
水素燃料製造者は系統および分散電源からの余剰電力の情報を得て、余剰電力量分ないしはそれより少なく電力を水素燃料供給者の持つ電気分解装置に送電するよう各所に設置された配電装置を制御する。
【００３６】
水素燃料製造者は水および電解液（例えば、ＮａＯＨなどのアルカリ電解液）を電気分解して水素および酸素を発生する。水素燃料製造・貯蔵管理サーバ４０６は発電電力量管理サーバから送信される余剰電力量のデータを受信し、余剰電力量から発生した水素量を見積もる。発生した水素は水素燃料製造・貯蔵管理装置４０５に送られ、水素燃料製造・貯蔵管理が受信した発生水素量および各水素燃料消費情報をもとに、各水素燃料製造量を決定し、各水素燃料製造・貯蔵管理装置４０５に分配される。このとき、輸送方式としては、可能な限り近接した場所に配管で配送するのが好ましい。また、圧縮して高圧タンクに格納または液化後、低温保持装置に格納して輸送するのが好ましい。高圧タンクの場合、電気分解装置と水素貯蔵装置の間に水素に高圧を付加する装置が必要となる。また、低温保持装置の場合、液化器が必要となり、配管で配送するよりも高価になる。
【００３７】
本実施例では、水素は高圧気体，有機ハイドライドの形態で需要家に供給する。
【００３８】
また、水素燃料製造者が複数である場合も考えられる。複数種類の水素燃料製造者で複数の燃料を製造する場合は、一括して製造量を管理する設備を設ける必要がある。
【００３９】
次に、前記した水素燃料製造者が各燃料の製造量を決定する方法について説明する。
【００４０】
消費水素燃料量は水素燃料製造・貯蔵管理サーバに格納された、水素燃料消費予測システムによって予知され、各燃料使用量，天候，気温，需要家，燃料種類，風向，湿度を独立変数とした重回帰分析から、各水素燃料需要予測を行い、余剰水素での水素燃料製造量を決定する。この予測関数により残量ゼロになる時期を予測し、その時期を各需要家ごとに求め、水素燃料製造計画を決定する。
【００４１】
また、本実施例では、燃料の製造量割合は需要者の持つ、水素燃料の残量情報によって決定する事も可能とする。燃料残量情報はエネルギー需要者がパソコンなどで報告する手法があるが、燃料タンクなどにセンサを取り付けることで自動化が可能となる。例えば有機ハイドライドの残量管理方法について説明する。有機ハイドライドの場合、廃液の回収も必要なため、図５のように溶液貯蔵タンクに遮蔽板５０１を設け、遮蔽板でタンク内部をハイドライド貯蔵部５０２，廃液回収部５０３に分けることで、タンクを有効に利用できる。このタンクの遮蔽板の位置を測定するために、遮蔽板ないしは遮蔽板の位置を測定できる箇所に位置センサなどを取り付けることにより、廃液または有機ハイドライドの残量を測定可能となる。この場合、センサ情報をエネルギー需要者もしくは燃料監視センタに報告するために無線または有線の情報通信手段が必要となる。このとき、送信する情報は任意の時間におけるタンク底面からの遮蔽板の位置などが考えられる。このため図５のようにタンクに付随して、位置センサやセンサデータマネージング装置が必要となる。センサデータマネージング装置は、センサから有線または無線にて情報を受信し、メモリ内に表形式やテキスト形式などでデータを格納し、要求があれば、情報をユーザに送信する。また、定期的にデータを発信することも可能である。これらのデータと同様にセンサごとに固有の認識番号をもたせることで多くのセンサからのデータを一括して管理することが可能となる。送信した情報は発電電力量管理サーバ，需要家サーバ，水素燃料製造・貯蔵管理サーバいずれかひとつ以上によって受信され、端末内に格納される。情報の表示イメージは需要家，発電電力量管理サーバ，水素燃料製造・貯蔵管理サーバ，燃料供給者によって異なる。需要家に対しては随時の燃料残量データを表示する。燃料残量データはセンサから得られる燃料タンク内の有機ハイドライドの液面の高さとタンクの断面積から予想される燃料量である。予想される燃料量は、各自のサーバおよび専用端末または燃料タンクに付随するセンサデータマネージング装置によって処理され、センサデータと共に送信される。これにより水素が効率的に需要家の望む形態にあわせて供給可能となる。
【００４２】
一方、発電電力量管理サーバ，水素燃料製造・貯蔵管理サーバには、需要家と同様な現在の燃料残量表示、ほかにも、時間ごとの燃料消費量などを表示する必要がある。これらデータを解析することで計画的な燃料補給が可能となる。
【００４３】
高圧水素燃料については以下のような手法をとる。高圧水素は燃料の供給方法として高圧タンクにて１次貯蔵され、供給される。高圧タンク内部には、温度センサおよび圧力センサが具備され、圧力，温度データを無線または有線にて需要者，水素燃料製造者もしくは燃料監視センタに報告する。また、各センサは上記と同様にセンサデータマネージング装置にてセンサデータの送受信を行う。センサデータは、理想気体方程式に従って水素分子量ｎmol を算出する。ここで、Ｐはタンク内圧力、Ｖはタンクの容積、Ｔはタンク内の温度、Ｒは気体定数を示すと、ｎは下記のように表せる。
【００４４】
ｎ＝ＰＶ／ＲＴ                                                      …（２）
（２）式の計算は各自のサーバおよび専用端末または燃料タンクに付随するセンサデータマネージング装置によって処理され、センサデータと共に送信される。送信した情報は需要家，燃料監視センタや燃料を製造する事業者によって受信され、各自が所有するサーバおよび専用端末内に格納される。
【００４５】
情報の表示イメージは上記貯蔵タンクの場合と同様に、需要家，水素燃料製造・貯蔵管理サーバによって異なり、需要者には残量イメージのみ、その他には、それ以外の情報も送信可能とする。次に、水素燃料製造・貯蔵管理サーバは各所から送信される余剰電力量データ，燃料残量データを受信し、各水素燃料製造量を決定する。この過程の実施例の流れを図６のフローチャートに示す。本実施例では、これらのフローをシステム化する。
【００４６】
水素燃料製造・貯蔵管理サーバは需要家などから送信される燃料残量情報を受信する
（６０１）。受信した情報は、例えば、図７に示す燃料管理シートに入力され、サーバに格納する（６０２）。情報は需要家ごとに格納する。燃料管理は燃料残量の時間変化を行い、図７のように、時間ごとに管理されることが好ましい。また、この情報は図８のように、日ごとに記録される。また、好ましくは、図８下部のように、日ごと，年ごとの使用量を算出する（６０３）。
【００４７】
これらの燃料使用量は、例えば、図９のような年間，日ごと，時間ごとの燃料使用状況を管理者に与える画面を表示可能とする。これにより、燃料の使用状況の履歴を管理者に一目で伝えることを可能とする。次に、燃料の種類の識別を行う。燃料の種類は送信されてくる情報に含まれる、各センサの個体識別情報からタンク種別を行い、燃料種別を行う。ここで、各サーバはセンサの個体ＩＤ，タンク種別，タンクを所有する需要家情報，タンクの設置場所，タンクの容積，燃料種別などの情報を持つ。
【００４８】
燃料種別を行った後、残量情報を基に、需要家の燃料量が需要家もしくは燃料監視センタのシステム内で設定する規定値を下回っているかを確認する。燃料が空になり、電源に燃料が供給できないなどの危険を伴うため、規定値は需要者と燃料供給者などの間で、契約などで決めることが望ましい。規定値をＫと設定されている場合は、現在の燃料残量ｋと比較し、Ｋ＜ｋなら対象燃料の製造を行う。水素燃料製造・貯蔵管理サーバは、燃料使用状況などから、燃料補給予測日を予知する。例えば、予測方法は、従属変数を燃料使用量，天候，気温，需要家，燃料種類，風向，湿度などとした重回帰分析とする。各情報は、上記と同様にタンクや需要家の燃料消費場所にセンサを設置し、有線または無線で情報を入手する。また、一部の情報は、インターネットなどの情報サイトのデータを取り込むこともできる。これにより、燃料残量がゼロになる時間を概想して予測を行う。水素燃料製造者は、この燃料残量データや需要家の様々なデータを基に燃料供給の最適化等を支援することも可能となる。以下に、その手法を説明する。
【００４９】
家庭や工場など水素燃料供給位置に燃料供給者が移動して燃料を供給する場合を説明する。ここで、配送される水素燃料は有機ハイドライドなどの比較的安全な燃料が適当である。燃料供給には燃料を切らすことなくできるだけ効率的に燃料を配送し、輸送コストを少なくすることが必要である。水素燃料製造・貯蔵管理サーバにおいて、各需要家の燃料残量，各水素燃料がゼロになる予定日，燃料タンク設置位置から配達日や配達ルートの最適化を行う。最適化のアルゴリズムの例として、まず、燃料残量に応じてレベル分けを行う。設定されたレベルはタンク容量，燃料残量，規定値Ｋ，燃料消費履歴などから設定される。このレベルを目安として、水素燃料製造・貯蔵管理サーバは規定以上のレベルを超える需要家向けに水素燃料の製造を行う。
【００５０】
また、この際に水素燃料製造・貯蔵管理サーバは各需要家間を訪問する配達ルートの距離を最小化する手法をとる。ここで、各需要家の水素燃料使用状況は異なるので、規定のレベルに達するまでの日程は大きく異なると予想される。このため、水素燃料がゼロになる日の予測を行い、ある需要家の水素燃料がゼロになる日もしくはその日の前日に水素燃料の配達を行うようにして、その際に、レベルは低くても、配達ルート上に需要家のタンクがある場合配達するというような最適化を行う場合、リスクは高いが、一度に多くの需要家に配送可能となるので輸送コストを省略できる。そこで、水素燃料製造・貯蔵管理サーバは配達ルート上にいる需要家製造量の調整を行い、最終的に最適化された水素燃料量を算出し、水素を水素燃料装置に分配する。
【００５１】
一方、車の燃料用の高圧水素など、燃料供給者の水素燃料供給場所に需要家が移動して補給をする場合、需要者のタンクに具備したセンサから需要者識別ＩＤおよび燃料残量情報が水素燃料製造・貯蔵管理サーバに送信される。また、燃料供給者または水素燃料製造者は、ＧＰＳやセンサの位置情報から需要者の位置を特定し、需要者が燃料供給可能な場所や最適な場所を報告する。報告の方法は、メール，音声ガイド，カーナビゲーションシステムとの連動，車に専用のシステムとして組み込むことが好ましい。
【００５２】
需要者は燃料供給者の指定する複数の燃料補給場所から燃料供給場所を選択して、その場所に行き、燃料の補給を受ける。自動車用燃料タンクは、外部からアクセス可能なフィラーネックに気密接続ラインを介して接続され、前記フィラーネックは自動車の外部に配置される。
【００５３】
自動車用燃料タンク内壁にはデータ送信機能付きセンサが１個以上具備しており、センサ部には圧力センサおよび温度センサが取り付けられ、これらを用いて燃料タンク内で値を測定することによりタンク内の瞬間圧力および瞬間温度を求めることができる。センサネットには上記のように無線通信機能があり、センサによって検出された測定値を無線で水素燃料製造・貯蔵管理サーバに送信することが可能である。
【００５４】
センサから送信されるデータから、燃料残量管理のレベル分けを燃料残量に応じてレベル分けを行う。設定されたレベルは前記同様、タンク容量，燃料残量，規定値Ｋ，燃料消費履歴などから設定される。このレベルを目安として、水素燃料製造・貯蔵管理サーバは規定以上のレベルを超える需要家向けに水素燃料の製造を行う。また、このレベルは前記した家庭用水素燃料と共有しており、水素燃料製造・貯蔵管理サーバにより各水素燃料の残量管理を考慮した上で製造量が決定される。
【００５５】
また、自動車用水素燃料を水素燃料供給所が供給する上で、燃料タンクに取り付けたセンサを利用する。その一例を以下に示す。
【００５６】
水素燃料供給所は燃料供給機，燃料用ガスが貯蔵される燃料貯蔵ユニットから成り立つ。水素燃料供給機はセンサネットによって送信されるデータを受信するアンテナを具備した燃料供給ノズル，伝送されたデータを処理し、弁の開度を決定するＣＰＵ，伝送されたデータおよびＣＰＵの処理結果を格納するメモリ，ＣＰＵの処理結果に従って弁を制御する弁制御ユニット，弁制御ユニットによって駆動する弁で構成される。
【００５７】
ガス補給は燃料供給ノズルを自動車のフィラーネックおよび気密接続ラインを介して燃料タンクに挿入して行われる。このときアンテナも同時に燃料タンク内に入る構造とする。燃料供給機は、燃料供給ノズル挿入後すぐ、または何らかの操作の後にセンサから送信されるデータをアンテナから受信し、データをＣＰＵによって評価または、メモリに格納した後にメモリ内のデータをＣＰＵによって評価する。
【００５８】
本実施例によるガス充填評価手法では燃料タンク内の瞬間充填状態をセンサから送信される値によって求めることが可能である。評価方法としてはタンク内のガスのモル数をパラメータとして使用する。以下に図１０のフローチャートに沿って詳細に説明する。
【００５９】
この結果、燃料タンク内に注入する気体の限界量を周りの温度などによって影響されること無く注入することが可能となる。
【００６０】
燃料タンク内のモル数ｎは燃料タンク内に配置されたセンサの測定値および個体識別情報を用いる。ここでセンサの個体識別番号は車体別またはタンク別に考慮されたものであり、この番号をセンサネットが送信し、アンテナを通じて、燃料補給機が受信し、ＣＰＵがこの番号を認識すると、メモリに格納された車体およびタンクテーブルから送信された認識番号をキーにして、タンクの容積Ｖ（一定値）およびタンク注入燃料種類をその場で得ることが可能となる。
【００６１】
理想気体方程式から（２）式が成り立つ。ここで、Ｐ，Ｔはそれぞれ燃料タンクの内圧，温度を示し、Ｒは気体定数である。したがって、燃料タンク内の圧力Ｐ，温度Ｔを圧力および温度センサを用いて測定することで、燃料タンク内のガスのモル数ｎを求めることが出来る。
【００６２】
この手法により、燃料供給ノズルをタンク内に挿入した際に、センサからのデータ（初期圧力Ｐ0，初期温度Ｔ0，タンク容積Ｖ）を受信し、このデータからタンク内のガス残量ｎ0を評価する。
【００６３】
次に、タンク内にガス注入を開始する。このときガス残量ｎ0 に応じて、弁制御ユニットが燃料補給機の弁を開き、ガスが燃料貯蔵ユニットから出て、タンクに燃料充填を開始する。燃料充填中、圧力および温度センサが、燃料タンク内の圧力Ｐk および温度Ｔk データを燃料補給機に常時または一定時間ごとに送信する。燃料補給機はデータ送信ごとにタンクの充填度ｎkを算出して、弁の開度を変更していく。
【００６４】
また、このときガスの燃料貯蔵ユニットから燃料供給ノズルの配管ラインのいずれかに流量センサを取り付けることにより、ガス漏れや流れ異常を素早く感知することが可能となる。本実施例では、質量流れメータを用いて流量を測定する例を以下に示す。
【００６５】
質量流れメータは流れるガスの質量ｍgを 測定する。
【００６６】
ガス式から流れるガスの移動量ｎg は
ｎg＝ｍg・ｚ＝Ｐk・Ｖ／ＲＴk
となる。
【００６７】
異常の検知法としては異常閾値Ｄを設定する。すなわち、単位時間あたりのガス供給量ｎg が燃料タンク内のガス量ｎk−ｎk−１に対してＤ以上となると供給を停止するようにする。これによりより安全に燃料タンクに燃料が供給可能となる。
【００６８】
次に、燃料タンクへの燃料供給停止を行う手法について説明する。燃料供給停止は、センサの個体識別情報または任意の供給量を指定して行う。個体識別情報は、センサから送信される番号をセンサネットが送信し、アンテナを通じて、燃料補給機が受信し、ＣＰＵがこの番号を認識すると、メモリに格納された車体およびタンクテーブルから送信された認識番号をキーにして、タンクの規定の充填量ｎe をその場で得ることが可能となる。また、任意の供給量ｎe を燃料補給機側で何らかの操作をして設定可能となる。ｎe＝ｎkとなると弁を完全に閉じて燃料供給が停止される。
【００６９】
上述した方法は、燃料補給機内ですべてを処理したが、燃料補給機の外部にサーバを設けて、サーバにてこれらの制御または情報の格納を行ってもよい。
【００７０】
上述した方法で、メモリ内またはサーバ内に車種またはタンクごとの燃料注入量制御プログラムを格納し、それをセンサネットからの識別情報にてＣＰＵが車種およびタンクを判断し、そのプログラムを実行することで、より安全で迅速な燃料補給が可能となる。
【００７１】
次に、自動車のタンク内燃料残量計測および表示装置として用いた場合の本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。フィラーネックまたはフィラーキャップにアンテナおよび無線通信機能をもつ装置を取り付けてタンク内のセンサネットと情報の送受信が可能とする。一方、このアンテナおよび無線通信装置は自動車内に設置された燃料残量可視化装置と有線または無線にて通信可能とする。燃料残量可視化装置はセンサネットからの信号を受信する無線通信機，受信した信号をセンサの値をタンク残量として計算し、計算結果をタンク残量情報可視化装置に計算結果を表示する命令を与えるＣＰＵ，
ＣＰＵからの情報を表示するタンク残量情報可視化装置およびＣＰＵの計算結果を記録するメモリから構成される。
【００７２】
本実施例によるタンク内燃料残量計測および表示手法では燃料タンク内の瞬間充填状態をセンサから送信される値によって求めることが可能である。評価方法としては、前記実施例と同様に、自動車燃料タンク内のガスのモル数をパラメ−タとして使用する。
【００７３】
燃料タンク内のモル数ｎは燃料タンク内に配置されたセンサの測定値および個体識別情報を用いる。ここでセンサの個体識別番号は車体別またはタンク別に考慮されたものであり、この番号をセンサネットが送信し、アンテナ間無線または有線を通じて、タンク残量情報可視化装置が受信し、ＣＰＵがセンサからの圧力および温度情報を入力とし、タンク内燃料残量ｎモルを算出する。算出されたモル数は任意の単位系に置き換えられ、可視化装置に表示される。以下に図１０のフローチャートに沿って詳細に説明する。
【００７４】
車の電源ＯＮ（１００１）とともに燃料タンク内の初期圧力および温度をセンサよりタンク残量可視化装置に送信し（１００２）、前述の理想気体方程式により気体の残量ｎがＣＰＵにより算出され（１００３）、この結果が可視化装置にて表示される。可視化の際には、ｎの値をそのまま表示することや、タンクに燃料が満タンな場合のモル数ｎf との比、ｎ／ｎf 、または、その他の単位系で表示することもできる。
【００７５】
エンジンを始動すると、タンク内の燃料は減少していく。エンジンをかけている間、圧力および温度センサが、燃料タンク内の圧力Ｐk および温度Ｔk データをタンク残量可視化装置に常時または一定時間ｔ秒ごとに送信する（１００４）。タンク残量可視化装置はデータ送信ごとにタンクの充填度ｎkを算出する。
【００７６】
また、このとき燃料ガスの燃料タンクとエンジンを結ぶ配管ラインのいずれかに流量センサを取り付けることにより、ガス漏れや流れ異常を素早く感知することが可能となる。本実施例では、質量流れメータを用いて流量を測定する例を以下に示す。
【００７７】
質量流れメータは流れるガスの質量ｍgを測定する。
【００７８】
ガス式から流れるガスの移動量ｎgは
ｎg＝ｍg・ｚ＝Ｐk・Ｖ／ＲＴk
となる。
【００７９】
異常の検知法としては異常閾値Ｄを設定する。すなわち、単位時間あたりのガス供給量ｎg が燃料タンク内のガス量ｎk−ｎk−１に対してＤ以上となると供給を停止するようにする。これによりより安全に燃料タンクに燃料が供給可能となる。
【００８０】
次に、燃料タンクへの燃料供給停止を行う手法について説明する。燃料供給停止は、センサの個体識別情報または任意の供給量を指定して行う。個体識別情報は、センサから送信される番号をセンサネットが送信し、アンテナを通じて、燃料補給機が受信し、ＣＰＵがこの番号を認識すると、メモリに格納された車体およびタンクテーブルから送信された認識番号をキーにして、タンクの規定の充填量ｎe  をその場で得ることが可能となる。また、任意の供給量ｎe を燃料補給機側で何らかの操作をして設定可能となる。ｎe＝ｎkとなると弁を完全に閉じて燃料供給が停止される。
【００８１】
このようにして、需要者は燃料供給者から、任意の燃料の補給を受けることが可能となる。これにより、人を介さずに自動車へ燃料を補給することが可能となる。このように、センサなどにより得られる水素燃料消費情報を水素燃料製造・貯蔵管理サーバに送信し、この情報を水素燃料製造・貯蔵管理サーバ内で処理して、水素燃料製造計画を立案し、水素燃料の製造量を決定し、水素製造装置で作った水素を水素燃料製造・貯蔵管理装置で各水素燃料製造装置に分配することで、多くの水素燃料を円滑で効率的に需要者に供給可能となる。
【実施例３】
【００８２】
本実施の形態は、マルチ水素燃料供給システムおよび水素燃料供給方法において基本的な構成に関する。
【００８３】
図１１に、本実施形態のマルチ水素燃料供給システムの構成を示す。図に示すように、マルチ水素燃料供給システムは複数の水素燃料供給所１１０１を有し、各水素燃料供給所１１０１に一つないしはそれ以上の水素燃料製造・貯蔵装置を有するものである。各水素燃料製造・貯蔵装置には水素燃料需要家に燃料を供給するための供給装置がそれぞれに設置されている。
【００８４】
本実施例は、水素製造所とマルチ水素燃料供給所が隣接した場合、水素燃料の製造効率向上が見込まれる実施例を示す。
【００８５】
本実施例の構成を示す。水素製造装置には水素の製造量を管理する水素製造管理サーバおよび水素製造装置と水素燃料製造・貯蔵装置の間にある水素燃料製造・貯蔵管理装置
１１０３には水素燃料の製造量を制御する水素燃料製造量管理装置または水素燃料製造量管理サーバで基本的に構成されている。
【００８６】
本実施例において、化学プラントや電子材料工場の副生水素、例えば半導体工場のシリコンアニール工程の排気ガスから得られる副生水素，原子力発電の余剰電力を使った電気分解装置，天然ガスを改質する水蒸気改質器を水素製造方法としてあげるが、これに限らない。
【００８７】
各水素製造所発生した水素は水素燃料製造・貯蔵管理装置に送られ、水素燃料製造・貯蔵管理サーバが受信した発生水素量および各水素燃料消費情報をもとに、各水素燃料製造量を決定し、各水素燃料製造・貯蔵装置に分配される。
【００８８】
このとき、各製造所から製造される水素には、圧力や熱など様々なエネルギーが付加されている。本実施例では、これらのエネルギーを有効に活用して、水素燃料の製造効率を可能とする。
【００８９】
化学プラントから製造される水素は、圧力，熱エネルギーが付加されている。供給方法が高圧タンクの場合、水素製造装置と水素貯蔵装置の間に水素に高圧を付加する装置が必要となる。この場合も、副生水素発生時に付加される圧力を利用して、高圧付加装置により副生水素に付加する圧力量を減じることが可能となり、圧力付加時のエネルギー効率が向上する。例えば、水素に１００ＭＰａの圧力を付加する場合、通常数個の圧縮機を直列につないで、多段圧縮し、目標の圧力に到達させる。この場合、副生水素に付加された圧力分、付加エネルギーは少なくてすむことになる。しかし、タンクで供給する場合、移し変えの際の圧縮ロスが大きくなることや輸送費がかかる。このため、配管で水素燃料供給ステーションと水素燃料製造装置を連結し、水素燃料を製造する手法が好ましい。これにより副生水素発生時に水素に付加される圧力や熱エネルギーを有効活用できる。このとき、効率向上を考慮するには、水素製造方法，水素輸送ラインや水素燃料製造の最適化を行う必要がある。例えば、化学プラントから放出される水素には熱や圧力が付加されると考えられ、製造水素燃料には、圧力が必要な高圧水素の製造ライン，製造に熱を要する有機ハイドライドなどをおくことが好ましい。電気分解においては、製造水素排出量，熱や圧力の調整が可能であり、必要な水素燃料種と量によって、電気分解器を制御することで水素燃料製造をコントロール可能となる。
【００９０】
これらの水素製造から水素燃料製造の組み合わせを、需要量や各装置，工場の稼働率を考慮した上で、制御することで、さらに水素燃料効率向上を行うことが可能となる。
【００９１】
本実施例では、水素は高圧気体，有機ハイドライド，液体水素の形態で需要家に供給する。次に図１２に水素製造から水素燃料製造までのフローを示す。まず、前記した過程で、水素製造管理サーバにて、各サーバから余剰電力量および工場稼働率の情報を受信する。この情報をもとに水素製造管理サーバ内にて、各水素製造量を算出する。
【００９２】
一方、水素製造管理サーバは需要者から必要水素燃料量，水素燃料製造・貯蔵管理サーバから水素燃料製造計画などを受信し、水素燃料量に対して必要な水素量を算出する。
【００９３】
さらに、水素製造量と必要水素量を比較して、水素製造量＝必要水素量の場合は、水素燃料製造・貯蔵管理サーバから水素燃料製造・貯蔵管理装置を制御し、必要水素燃料量分の水素を分配して、各水素燃料を製造する。このとき、水素製造時に水素に付加される圧力や温度の情報から、液体水素，有機ハイドライドや高圧水素の各製造量配分を決定する。
【００９４】
また、水素製造量＞必要水素量の場合は、余剰水素量をどう管理するかが問題となる。ここでは、需要家などから各燃料使用量，天候，気温，需要家，燃料種類，風向，湿度等の情報を水素製造管理装置または水素燃料製造・貯蔵管理サーバにて受信し、これらの情報を独立変数とした重回帰分析から、各水素燃料需要予測を行い、余剰水素での水素燃料製造計画を決定する。これにより、各時期での水素燃料製造量が決定し、需要が多い燃料や製造量変動の大きな燃料を前もって製造する。
【００９５】
一方、余剰電力や化学プラントにおける水素製造は水素の製造量があらかじめ規定されている場合が多いので、水素製造量＜必要水素量の場合がある。この場合は、天然ガス水蒸気改質器を使用し、不足分の水素量を製造する。また、通常電力と天然ガスのコストを比較して、電力コスト＜天然ガスならよりＣＯ2 排出量の低い水素製造が可能となる。
【００９６】
また、本実施例では、水素燃料製造・貯蔵管理サーバと水素製造管理サーバは統一またはいずれか一方のみを存在させ、両方の機能を兼ねてもかまわない。
【００９７】
このように、水素製造管理サーバにて水素製造量情報から水素燃料製造計画を立案し、水素燃料製造・貯蔵管理サーバに送信し、この情報を水素燃料製造・貯蔵管理サーバ内で処理して、水素燃料の製造量を決定し、水素製造装置で作った水素を水素燃料製造・貯蔵管理装置で各水素燃料製造装置に分配することで、多くの水素燃料を円滑で効率的に需要者に供給可能となるだけでなく、環境に配慮した水素燃料製造を行うことが可能となる。なお、プログラムによってコンピュータに上記機能を実現させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】実施例１の水素燃料供給システムの構成を示す図。
【図２】実施例１の水素燃料製造・貯蔵管理装置の構成を示す図。
【図３】実施例１の水素供給方法を示す図。
【図４】実施例２の水素製造方法を示す図。
【図５】実施例２の水素溶液貯蔵タンクの構成を示す図。
【図６】実施例２の水素製造量制御方法を示す図。
【図７】実施例２の燃料管理シートを示す図。
【図８】各需要家の燃料使用量データの構成を示す図（その１）。
【図９】各需要家の燃料使用量データの構成を示す図（その２）。
【図１０】実施例２のガス重点評価方法を示す図。
【図１１】実施例３の水素燃料供給システムを示す図。
【図１２】実施例３の水素燃料製造方法を示す図。
【符号の説明】
【００９９】
１０１…水素製造装置、１０２…水素燃料製造・貯蔵管理装置、１０３…水素燃料Ａ製造装置、１０４…水素燃料Ａ貯蔵装置、２０１…水素燃料製造・貯蔵管理装置、２０２…筐体、２０３…配管、２０４…水素流量センサ、２０５…通信装置、４０２…風力電力発電設備、４０３…配電設備、４０４…電気分解装置、４０５…水素燃料製造・貯蔵管理装置、４０６…水素燃料製造・貯蔵管理サーバ、４０７…水素高圧化装置、４０８…水素添加装置、４０９…電力変換装置、４１０…配電装置、５０２…ハイドライド貯蔵部、503…廃液回収部、１１０１…水素燃料供給所、１１０３…水素燃料製造・貯蔵管理装置、
１１０５…水素製造管理サーバ。
【図１】
2005350299.tif 000003
【図２】
2005350299.tif 000004
【図３】
2005350299.tif 000005
【図４】
2005350299.tif 000006
【図５】
2005350299.tif 000007
【図６】
2005350299.tif 000008
【図７】
2005350299.tif 000009
【図８】
2005350299.tif 000010
【図９】
2005350299.tif 000011
【図１０】
2005350299.tif 000012
【図１１】
2005350299.tif 000013
【図１２】
2005350299.tif 000014