JP2003118548A - 燃料電池用燃料供給ステーション及びシステム - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池用燃料供給ステーション及びシステ
ムを提供すること。 【解決手段】 液体天然ガス(LNG)及び水素を車両
に分配するためのステーションは、タンク車からLNG
を受けるバルク・タンクを特徴としている。バルク・タ
ンクからのLNGは、ステーションのLNG調整/分配
部か、またはステーションの水素生成/分配部のいずれ
にも向けることができる。後者は、LNGを温めるため
の熱交換器と、温められたLNGから水素及び二酸化炭
素を生成する蒸気改質装置とを含む。水素は圧縮され、
次いで貯蔵されるか、あるいは燃料電池によって動力を
受ける車両に分配される。二酸化炭素は任意選択で、更
に処理し、将来使用するために貯蔵することができる。
ムを提供すること。 【解決手段】 液体天然ガス(LNG)及び水素を車両
に分配するためのステーションは、タンク車からLNG
を受けるバルク・タンクを特徴としている。バルク・タ
ンクからのLNGは、ステーションのLNG調整/分配
部か、またはステーションの水素生成/分配部のいずれ
にも向けることができる。後者は、LNGを温めるため
の熱交換器と、温められたLNGから水素及び二酸化炭
素を生成する蒸気改質装置とを含む。水素は圧縮され、
次いで貯蔵されるか、あるいは燃料電池によって動力を
受ける車両に分配される。二酸化炭素は任意選択で、更
に処理し、将来使用するために貯蔵することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に燃料電池の
燃料補給ステーションに関し、より詳細には、燃料電池
自動車に水素を追加供給するように改造した液体天然ガ
ス分配ステーションに関する。
燃料補給ステーションに関し、より詳細には、燃料電池
自動車に水素を追加供給するように改造した液体天然ガ
ス分配ステーションに関する。
【0002】
【従来の技術】関連出願の相互参照
本出願は、2001年6月15日出願の米国仮特許出願
第60/298,476号の優先権を主張する。
第60/298,476号の優先権を主張する。
【0003】環境及び大気を有害な化学物質から守るた
めに、アメリカ政府は、米国内の自動車に対して、有害
な燃料排出物の最大許容限度を設定している。この要件
により、自動車メーカーは、ガソリンやディーゼル燃料
以外の燃料で走行する車両の設計、または電気エンジン
など新しいタイプのエンジンの検討を余儀なくされてい
る。こうしたことから、純粋水素で作動する燃料電池を
使用する車両の設計が行われるようになった。車両内で
純粋水素を酸素と混合すると、理想的に、大気や環境に
有害な他の化学物質が放出されずに水、熱、及び電気が
生じる。
めに、アメリカ政府は、米国内の自動車に対して、有害
な燃料排出物の最大許容限度を設定している。この要件
により、自動車メーカーは、ガソリンやディーゼル燃料
以外の燃料で走行する車両の設計、または電気エンジン
など新しいタイプのエンジンの検討を余儀なくされてい
る。こうしたことから、純粋水素で作動する燃料電池を
使用する車両の設計が行われるようになった。車両内で
純粋水素を酸素と混合すると、理想的に、大気や環境に
有害な他の化学物質が放出されずに水、熱、及び電気が
生じる。
【0004】燃料電池技術は極めて有望であり、自動車
及びトラックのための主な燃料としての水素の開発を促
進するため、米国エネルギー省(DOE)と米国の主要
な自動車メーカーの間で、先ごろ官民パートナーシップ
が敷かれた。フリーダムCAR(CARはCooper
ative Automotive Research
の略語)と呼ばれるこの新たなパートナーシップ/プロ
グラムには、フォード社、ゼネラル・モーターズ社、及
びダイムラー・クライスラー社が関わっており、そこで
は、低価格の、水素動力燃料電池自動車を大量生産する
ための技術、ならびにその技術を支える水素供給支援施
設に焦点が当てられている。
及びトラックのための主な燃料としての水素の開発を促
進するため、米国エネルギー省(DOE)と米国の主要
な自動車メーカーの間で、先ごろ官民パートナーシップ
が敷かれた。フリーダムCAR(CARはCooper
ative Automotive Research
の略語)と呼ばれるこの新たなパートナーシップ/プロ
グラムには、フォード社、ゼネラル・モーターズ社、及
びダイムラー・クライスラー社が関わっており、そこで
は、低価格の、水素動力燃料電池自動車を大量生産する
ための技術、ならびにその技術を支える水素供給支援施
設に焦点が当てられている。
【0005】燃料電池自動車は既に検証され使用されて
はいるものの、国内中のそうした自動車に効率的に燃料
を供給するための標準的支援施設は未だ開発されていな
い。水素は自然界で見出すことができず、純粋の水素を
調達するために、供給源となる化学物質からこれを分離
または放散しなければならない。しかし、どのような原
料化学物質を使用して水素を調達するかについては一般
的合意に達していない。天然ガス(メタンまたはC
H4)、メタノール、エタノール、ディーゼル燃料やガ
ソリンまでをも含む多数の様々な原料化学物質が知られ
ている。
はいるものの、国内中のそうした自動車に効率的に燃料
を供給するための標準的支援施設は未だ開発されていな
い。水素は自然界で見出すことができず、純粋の水素を
調達するために、供給源となる化学物質からこれを分離
または放散しなければならない。しかし、どのような原
料化学物質を使用して水素を調達するかについては一般
的合意に達していない。天然ガス(メタンまたはC
H4)、メタノール、エタノール、ディーゼル燃料やガ
ソリンまでをも含む多数の様々な原料化学物質が知られ
ている。
【0006】支援施設構築の費用は、どの原料化学物質
を使用するかによって大きく左右される。支援施設構築
への最も容易な道は、しっかりとした既存のガソリン及
びディーゼル燃料の支援施設を、水素供給用に改造する
ことである。既存の施設には、ガソリンまたはディーゼ
ル燃料を水素に変換するための装置を取り付けることが
可能である。そうすれば燃料電池自動車は既存のガソリ
ン・ステーションで燃料を補給することができる。しか
しガソリン及びディーゼル燃料は、非常に効率の悪い供
給源であり、ガソリンまたはディーゼル燃料1ポンドあ
たり50%の水素しか供給しない。更に、こうした燃料
を変換して水素を精製するには、特殊な低硫黄化学物質
が必要であり、変換コストが更にかさむ。
を使用するかによって大きく左右される。支援施設構築
への最も容易な道は、しっかりとした既存のガソリン及
びディーゼル燃料の支援施設を、水素供給用に改造する
ことである。既存の施設には、ガソリンまたはディーゼ
ル燃料を水素に変換するための装置を取り付けることが
可能である。そうすれば燃料電池自動車は既存のガソリ
ン・ステーションで燃料を補給することができる。しか
しガソリン及びディーゼル燃料は、非常に効率の悪い供
給源であり、ガソリンまたはディーゼル燃料1ポンドあ
たり50%の水素しか供給しない。更に、こうした燃料
を変換して水素を精製するには、特殊な低硫黄化学物質
が必要であり、変換コストが更にかさむ。
【0007】更に、水素燃料を供給するプロセスのどの
段階で原料化学物質を水素に変換するかについて何らコ
ンセンサスが存在しない。プラントで水素を変換精製し
て燃料補給ステーションに供給すること(「上流」変
換)はできるが、純粋水素は、原料化学物質中に結合し
たままの水素よりも密度が低い、または体積を多く占め
るので、燃料補給ステーションに水素を供給すると、輸
送費用が非常に高くなる可能性がある。言い換えれば、
原料化学物質を満載したタンク車の方が、液体水素その
ものを満載したタンク車よりも実質的に多くの水素を運
べることになる。
段階で原料化学物質を水素に変換するかについて何らコ
ンセンサスが存在しない。プラントで水素を変換精製し
て燃料補給ステーションに供給すること(「上流」変
換)はできるが、純粋水素は、原料化学物質中に結合し
たままの水素よりも密度が低い、または体積を多く占め
るので、燃料補給ステーションに水素を供給すると、輸
送費用が非常に高くなる可能性がある。言い換えれば、
原料化学物質を満載したタンク車の方が、液体水素その
ものを満載したタンク車よりも実質的に多くの水素を運
べることになる。
【0008】車両に原料化学物質を供給し、車両上で原
料化学物質を水素に変換する(「下流」変換)ためのミ
ニ・プラントを車両に搭載することによって水素を生成
することもできる。しかしこの構成では、各車両ごとに
原料化学物質から水素を放散するための改質装置が必要
となる。改質装置の大きさの制約、またこれを実施する
ための車両設計の複雑さのために、車両コストは不合理
なレベルにまで押し上げられることになる。
料化学物質を水素に変換する(「下流」変換)ためのミ
ニ・プラントを車両に搭載することによって水素を生成
することもできる。しかしこの構成では、各車両ごとに
原料化学物質から水素を放散するための改質装置が必要
となる。改質装置の大きさの制約、またこれを実施する
ための車両設計の複雑さのために、車両コストは不合理
なレベルにまで押し上げられることになる。
【0009】このような考察から、DOEは先ごろ、車
両上で改質される水素によって動く燃料電池自動車では
なく、サービス・ステーションでの蒸気改質に基づく水
素支援施設を促進することに、その資金を投ずる意向で
あることを明らかにした。
両上で改質される水素によって動く燃料電池自動車では
なく、サービス・ステーションでの蒸気改質に基づく水
素支援施設を促進することに、その資金を投ずる意向で
あることを明らかにした。
【0010】DOEはまた、燃料供給ステーションでの
天然ガスの蒸気改質を中心に、この水素支援施設が構築
される見込みであることも明らかにした。天然ガスが魅
力的であるのは、炭素と水素の比率が炭化水素の中で最
も高いからである。換言すれば、天然ガスの改質は、ほ
しいもの(水素)をより多く、ほしくないもの(炭素)
をより少なく提供することができる。その上、天然ガス
に含まれる汚染物質は少なく、天然ガスの改質は、費用
効率の優れた、確立した技術となっている。こうしたこ
とから、今日米国内で使用されている商用水素の大部分
は天然ガスの改質によって生成されており、世界中の商
業ベースで作動している燃料電池は実質上全て、天然ガ
スから生成した水素によって動いている。
天然ガスの蒸気改質を中心に、この水素支援施設が構築
される見込みであることも明らかにした。天然ガスが魅
力的であるのは、炭素と水素の比率が炭化水素の中で最
も高いからである。換言すれば、天然ガスの改質は、ほ
しいもの(水素)をより多く、ほしくないもの(炭素)
をより少なく提供することができる。その上、天然ガス
に含まれる汚染物質は少なく、天然ガスの改質は、費用
効率の優れた、確立した技術となっている。こうしたこ
とから、今日米国内で使用されている商用水素の大部分
は天然ガスの改質によって生成されており、世界中の商
業ベースで作動している燃料電池は実質上全て、天然ガ
スから生成した水素によって動いている。
【0011】アメリカ合衆国には130万マイルを超え
る輸送配給ラインがあり、これが国内のほぼ全ての地域
に天然ガスを運んでいる。その結果、天然ガス改質の焦
点は、パイプラインから天然ガスを受けるステーション
に置かれてきた。例えば、カリフォルニア州Thous
and PalmsにあるSunLine交通局は、燃
料電池エンジンを装備したバスのための燃料供給ステー
ションを建設した。このステーションは元からある天然
ガス・パイプライン網から天然ガスを調達し、それを水
素ガスに改質して水素ガスを圧縮し、圧縮水素ガスをバ
スに搭載された貯蔵タンク内へと分配する。
る輸送配給ラインがあり、これが国内のほぼ全ての地域
に天然ガスを運んでいる。その結果、天然ガス改質の焦
点は、パイプラインから天然ガスを受けるステーション
に置かれてきた。例えば、カリフォルニア州Thous
and PalmsにあるSunLine交通局は、燃
料電池エンジンを装備したバスのための燃料供給ステー
ションを建設した。このステーションは元からある天然
ガス・パイプライン網から天然ガスを調達し、それを水
素ガスに改質して水素ガスを圧縮し、圧縮水素ガスをバ
スに搭載された貯蔵タンク内へと分配する。
【0012】しかしステーションへの天然ガス供給をパ
イプラインに依存することには不利な点もある。例え
ば、天然ガス・パイプラインにアクセスする必要のない
ステーションの方が、その場所選定に関して融通が利
く。その上、ステーションを天然ガス・パイプラインに
接続するために必要な管敷設や設備に関連して、追加の
大きなコスト及び維持費がかかる。更に、パイプ漏れや
その他の問題などのためにステーションへの天然ガスの
パイプ輸送が途絶すると、ステーションの燃料供給能力
が妨げられることになる。
イプラインに依存することには不利な点もある。例え
ば、天然ガス・パイプラインにアクセスする必要のない
ステーションの方が、その場所選定に関して融通が利
く。その上、ステーションを天然ガス・パイプラインに
接続するために必要な管敷設や設備に関連して、追加の
大きなコスト及び維持費がかかる。更に、パイプ漏れや
その他の問題などのためにステーションへの天然ガスの
パイプ輸送が途絶すると、ステーションの燃料供給能力
が妨げられることになる。
【0013】既存の液体天然ガス(LNG)分配ステー
ションは、改造燃焼エンジン付トラックからの有害排出
物を低減させるディーゼル/天然混合ガスまたは天然ガ
スそのものの分配のために、天然ガスを供給している。
従来のLNG分配ステーションは、一般に、タンク車か
らLNGを受ける大量貯蔵タンクを備えている。この大
量貯蔵タンクは溜め内のポンプに連結され、これが当技
術分野で知られている通りの分配装置に連結されてい
る。しかしこうした周知のシステムは、純粋水素を供給
する方法またはLNGを水素に変換する方法を提供して
いない。
ションは、改造燃焼エンジン付トラックからの有害排出
物を低減させるディーゼル/天然混合ガスまたは天然ガ
スそのものの分配のために、天然ガスを供給している。
従来のLNG分配ステーションは、一般に、タンク車か
らLNGを受ける大量貯蔵タンクを備えている。この大
量貯蔵タンクは溜め内のポンプに連結され、これが当技
術分野で知られている通りの分配装置に連結されてい
る。しかしこうした周知のシステムは、純粋水素を供給
する方法またはLNGを水素に変換する方法を提供して
いない。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主な目的は、車両への燃料供給のために、輸送コスト、
及び燃料補給ステーションを提供するためのコストが削
減される箇所で、またそうした供給源材料を用いて原料
化学物質を純粋水素に変換する支援施設を提供すること
である。
主な目的は、車両への燃料供給のために、輸送コスト、
及び燃料補給ステーションを提供するためのコストが削
減される箇所で、またそうした供給源材料を用いて原料
化学物質を純粋水素に変換する支援施設を提供すること
である。
【0015】本発明の別の目的は、排出物質を大幅に低
減させながら、高効率で純粋水素に変換される原料化学
物質を供給する燃料補給ステーションを備えた、比較的
簡単で低コストの支援施設を提供することである。
減させながら、高効率で純粋水素に変換される原料化学
物質を供給する燃料補給ステーションを備えた、比較的
簡単で低コストの支援施設を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、水素を生成
し、水素を使用し、燃料電池から動力を発生する車両に
燃料を供給するためのシステムを対象としている。この
システムは液体天然ガス生成集中施設を含み、そこから
タンク車がLNGを受け取る。タンク車はLNGを、L
NG供給物を収容するバルク・タンクを備えた燃料補給
ステーションに配給する。LNGが自動的に再注文さ
れ、補給されるように、燃料補給ステーションが液体天
然ガス生成集中施設と連絡を取れるようにする手段を設
けることもできる。燃料補給ステーションは、LNGを
適切な状態にし、これをバルク・タンクからLNG動力
自動車などの利用装置に分配する機能を有する。
し、水素を使用し、燃料電池から動力を発生する車両に
燃料を供給するためのシステムを対象としている。この
システムは液体天然ガス生成集中施設を含み、そこから
タンク車がLNGを受け取る。タンク車はLNGを、L
NG供給物を収容するバルク・タンクを備えた燃料補給
ステーションに配給する。LNGが自動的に再注文さ
れ、補給されるように、燃料補給ステーションが液体天
然ガス生成集中施設と連絡を取れるようにする手段を設
けることもできる。燃料補給ステーションは、LNGを
適切な状態にし、これをバルク・タンクからLNG動力
自動車などの利用装置に分配する機能を有する。
【0017】熱交換器も大量タンクと通じており、バル
ク・タンクからLNGを受け取ってそれを温める。温め
られたLNGは、蒸気改質装置へと向けられ、そこで水
素ガス及び二酸化炭素が生成される。次いで水素が圧縮
器で圧縮されて車両に分配されるかまたは貯蔵される。
改質装置からのCO2は濾過して除き、排出することが
できる。
ク・タンクからLNGを受け取ってそれを温める。温め
られたLNGは、蒸気改質装置へと向けられ、そこで水
素ガス及び二酸化炭素が生成される。次いで水素が圧縮
器で圧縮されて車両に分配されるかまたは貯蔵される。
改質装置からのCO2は濾過して除き、排出することが
できる。
【0018】一つの代替実施形態では、改質装置からの
CO2は、燃料補給ステーションの熱交換器へ、次いで
貯蔵コンテナへと向けられ、これによって、熱交換器を
経由して流れる液体天然ガスによってCO2が冷却され
て熱交換器内に液体CO2が生成され、将来使用するた
めに貯蔵コンテナに貯蔵されるようになる。改質装置と
熱交換器の間の回路内に圧縮器があり、これにより改質
装置からのCO2は、圧縮されてから熱交換器に入る。
CO2は、燃料補給ステーションの熱交換器へ、次いで
貯蔵コンテナへと向けられ、これによって、熱交換器を
経由して流れる液体天然ガスによってCO2が冷却され
て熱交換器内に液体CO2が生成され、将来使用するた
めに貯蔵コンテナに貯蔵されるようになる。改質装置と
熱交換器の間の回路内に圧縮器があり、これにより改質
装置からのCO2は、圧縮されてから熱交換器に入る。
【0019】別の一実施形態では、燃料補給ステーショ
ンの改質装置からの水素ガスが燃料補給ステーションの
熱交換器へと送られ、熱交換器を経由して流れるLNG
によって冷却された後、ディスペンサに移動する。熱交
換器とディスペンサの間の回路内に圧縮器があり、これ
により水素は、熱交換器を出た後ディスペンサに移動す
る前に圧縮される。圧縮器の代わりに、液化装置を熱交
換器とディスペンサの間の回路内に置き、水素が熱交換
器を出た後ディスペンサに移動する前に液化されるよう
にすることもできる。
ンの改質装置からの水素ガスが燃料補給ステーションの
熱交換器へと送られ、熱交換器を経由して流れるLNG
によって冷却された後、ディスペンサに移動する。熱交
換器とディスペンサの間の回路内に圧縮器があり、これ
により水素は、熱交換器を出た後ディスペンサに移動す
る前に圧縮される。圧縮器の代わりに、液化装置を熱交
換器とディスペンサの間の回路内に置き、水素が熱交換
器を出た後ディスペンサに移動する前に液化されるよう
にすることもできる。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明によれば、図1で示す通
り、液化天然ガス(LNG)生成集中施設20で、タン
ク車10a、10b、及び10cにLNGが充填され
る。その後、LNGタンク車は、ステーションのLNG
バルク・タンクを補充するべく燃料補給ステーション1
00a、100b、及び100cに急派される。燃料補
給ステーション100a、100b、及び100cは、
任意選択で、燃料補給ステーション・アンテナ30a、
30b、及び30cとLNG施設アンテナ40を介して
LNG施設20のレシーバと交信する送信器を備えるこ
とができ、これにより、LNGタンク車が自動的かつ適
時に急派されて、燃料補給ステーションが中断なくサー
ビスを提供できるようになる。アンテナ30a、30
b、30c、及び40の代わりに、自動急派システムを
地上通信線をベースにした装置とすることもできる。
り、液化天然ガス(LNG)生成集中施設20で、タン
ク車10a、10b、及び10cにLNGが充填され
る。その後、LNGタンク車は、ステーションのLNG
バルク・タンクを補充するべく燃料補給ステーション1
00a、100b、及び100cに急派される。燃料補
給ステーション100a、100b、及び100cは、
任意選択で、燃料補給ステーション・アンテナ30a、
30b、及び30cとLNG施設アンテナ40を介して
LNG施設20のレシーバと交信する送信器を備えるこ
とができ、これにより、LNGタンク車が自動的かつ適
時に急派されて、燃料補給ステーションが中断なくサー
ビスを提供できるようになる。アンテナ30a、30
b、30c、及び40の代わりに、自動急派システムを
地上通信線をベースにした装置とすることもできる。
【0021】図2を参照すると、本発明の一実施形態で
は、既存のLNG分配ステーションに水素処理構成要素
を組み入れることにより、水素燃料補給ステーション1
00が建設される。この水素燃料補給ステーションは、
当技術分野で知られている通り、通常−260°F、約
100psigで液体天然ガス(LNG)を貯蔵するた
めの極低温貯蔵バルク・タンク102を有する。図1に
関して記述した通り、バルク・タンク102はLNG生
成集中施設から急派されたタンク車によって補充を受け
る。
は、既存のLNG分配ステーションに水素処理構成要素
を組み入れることにより、水素燃料補給ステーション1
00が建設される。この水素燃料補給ステーションは、
当技術分野で知られている通り、通常−260°F、約
100psigで液体天然ガス(LNG)を貯蔵するた
めの極低温貯蔵バルク・タンク102を有する。図1に
関して記述した通り、バルク・タンク102はLNG生
成集中施設から急派されたタンク車によって補充を受け
る。
【0022】バルク・タンク102は溜め内のポンプ1
04に連結されており、ポンプ104はステーションの
LNG調整及び分配部105に連結されている。ステー
ション100のLNG調整及び分配部105として使用
するのに適したLNG調整及び分配システムの例が、本
発明の譲受人に譲渡された、Emmer他の米国特許第
6,354,088号、いずれもGustafson他
の米国特許第5,421,160号及び第5,537,
824号、いずれもCieslukowskiの米国特
許第5,121,609号及び米国特許第5,231,
838号、ならびにGustafsonの米国特許第
5,228,295号に提示されている。更に、分配部
は、現在係属中で本発明の所有者に所有されている米国
特許出願第09/632,088の形を取ることもでき
る。
04に連結されており、ポンプ104はステーションの
LNG調整及び分配部105に連結されている。ステー
ション100のLNG調整及び分配部105として使用
するのに適したLNG調整及び分配システムの例が、本
発明の譲受人に譲渡された、Emmer他の米国特許第
6,354,088号、いずれもGustafson他
の米国特許第5,421,160号及び第5,537,
824号、いずれもCieslukowskiの米国特
許第5,121,609号及び米国特許第5,231,
838号、ならびにGustafsonの米国特許第
5,228,295号に提示されている。更に、分配部
は、現在係属中で本発明の所有者に所有されている米国
特許出願第09/632,088の形を取ることもでき
る。
【0023】水素の分配を実施するために、燃料補給ス
テーション100は供給ライン106を有し、これが大
量貯蔵タンク102に連結され、LNGを周囲空気熱交
換器108に供給し、そこでLNGの温度が50°Fに
上げられる。次に、温められたLNGは水素改質装置1
10に送られ、そこで、好ましくはLNGは蒸気と混合
される。以下に、蒸気改質装置によって水素改質装置1
10を論ずるが、いうまでもなく、これに代わるタイプ
の、天然ガスから水素を生成する改質装置も本発明の範
囲を逸脱することなく使用することができる。
テーション100は供給ライン106を有し、これが大
量貯蔵タンク102に連結され、LNGを周囲空気熱交
換器108に供給し、そこでLNGの温度が50°Fに
上げられる。次に、温められたLNGは水素改質装置1
10に送られ、そこで、好ましくはLNGは蒸気と混合
される。以下に、蒸気改質装置によって水素改質装置1
10を論ずるが、いうまでもなく、これに代わるタイプ
の、天然ガスから水素を生成する改質装置も本発明の範
囲を逸脱することなく使用することができる。
【0024】改質装置110は、以下の熱吸収反応に従
って、触媒の存在下で、LNGと蒸気の投入物から水素
及び廃棄二酸化炭素を生成した。 CH4+2H2O→CO2+4H2 改質装置では、通常約1,250°Fから約1,600
°Fの改質温度に熱せられる触媒層を、LNGと蒸気の
混合物が通過する。一般的に使用される触媒は、アルミ
ナ・ペレットに被着させたニッケル触媒である。
って、触媒の存在下で、LNGと蒸気の投入物から水素
及び廃棄二酸化炭素を生成した。 CH4+2H2O→CO2+4H2 改質装置では、通常約1,250°Fから約1,600
°Fの改質温度に熱せられる触媒層を、LNGと蒸気の
混合物が通過する。一般的に使用される触媒は、アルミ
ナ・ペレットに被着させたニッケル触媒である。
【0025】改質装置110は、いずれも当技術分野で
周知の管状改質装置またはプレート型改質装置であるこ
とができる。管状改質装置の例が、Marianows
kiその他の米国特許第4,810,485号、Aam
noその他の第4,838,897号、及びSande
rsonの第3,698,957に提示されている。プ
レート型改質装置の例は、Edlund他の米国特許第
5,997,594号、Kogaの第6,033,63
4号に提示されている。更に、このステーションでの使
用に適した改質装置は、イリノイ州Des Plain
esのGTI/Mosaic Energyから入手す
ることができる。
周知の管状改質装置またはプレート型改質装置であるこ
とができる。管状改質装置の例が、Marianows
kiその他の米国特許第4,810,485号、Aam
noその他の第4,838,897号、及びSande
rsonの第3,698,957に提示されている。プ
レート型改質装置の例は、Edlund他の米国特許第
5,997,594号、Kogaの第6,033,63
4号に提示されている。更に、このステーションでの使
用に適した改質装置は、イリノイ州Des Plain
esのGTI/Mosaic Energyから入手す
ることができる。
【0026】改質装置110はこのように約150°F
の水素ならびに廃棄二酸化炭素ガスを生成する。廃棄二
酸化炭素は濾過して除かれ、排出される。改質装置11
0として使用するために選定した装置によって、この水
素は、燃料補給される車両に搭載された燃料電池内で起
こる電気化学反応に対して有害な物質に汚染されている
可能性があるので、さらなる濾過/精製を必要とする場
合がある。より具体的には、蒸気改質から、未反応の微
量の反応物、及びCOなどの微量の副生成物が生じるこ
とがある。微量のCO、ある濃度のCO2、また場合に
よって不飽和炭化水素や不飽和アルコールは燃料電池を
害する。
の水素ならびに廃棄二酸化炭素ガスを生成する。廃棄二
酸化炭素は濾過して除かれ、排出される。改質装置11
0として使用するために選定した装置によって、この水
素は、燃料補給される車両に搭載された燃料電池内で起
こる電気化学反応に対して有害な物質に汚染されている
可能性があるので、さらなる濾過/精製を必要とする場
合がある。より具体的には、蒸気改質から、未反応の微
量の反応物、及びCOなどの微量の副生成物が生じるこ
とがある。微量のCO、ある濃度のCO2、また場合に
よって不飽和炭化水素や不飽和アルコールは燃料電池を
害する。
【0027】その結果、システム100に、破線で11
1に示す精製装置を任意選択で取り付けることもでき
る。当技術分野で周知のように、精製装置111は圧力
スウィング吸着(PSA)スタック構成を含むこともで
きる。あるいは、この精製装置は、これも当技術分野で
周知の金属フォイルまたは薄膜を使用することもでき
る。
1に示す精製装置を任意選択で取り付けることもでき
る。当技術分野で周知のように、精製装置111は圧力
スウィング吸着(PSA)スタック構成を含むこともで
きる。あるいは、この精製装置は、これも当技術分野で
周知の金属フォイルまたは薄膜を使用することもでき
る。
【0028】水素ガスは、水素ガスの圧力を34.47
MPa(5000psi)まで上昇させる高圧圧縮器1
12に流れる。加圧された水素は、ガス貯蔵管114に
貯蔵されるかあるいはディスペンサ116に流れる。車
両(図示せず)がディスペンサ116に連結され、高圧
水素ガスの供給を受けられるようになる。
MPa(5000psi)まで上昇させる高圧圧縮器1
12に流れる。加圧された水素は、ガス貯蔵管114に
貯蔵されるかあるいはディスペンサ116に流れる。車
両(図示せず)がディスペンサ116に連結され、高圧
水素ガスの供給を受けられるようになる。
【0029】図3を参照すると、燃料補給ステーション
100の特徴に類似の特徴を備えた一代替実施形態の燃
料補給ステーション200を、同一番号を付けて示して
いる。この代替形態では、二酸化炭素を大気または廃棄
物除去装置に排出せず、液体CO2を生成してこれをド
ライアイス、飲料製造、または他の何らかの周知のCO
2の応用例に使用することができる。液体CO2を供給す
るために、改質装置110で生成された二酸化炭素は圧
縮器204に送られて0.6895MPa(100ps
i)から2.086MPa(300psi)に圧縮され
る。加圧されたCO2は次いで熱交換器206に戻され
るが、この熱交換機はCO2からの熱を使って、改質装
置110に向かって最初に流れているLNGを温める。
交換器206はまたCO2をその臨界温度よりも低く約
90°Fに冷却するが、この温度によってCO2は液体
に変換され、後の分配のためデュアー瓶208に貯蔵さ
れる。
100の特徴に類似の特徴を備えた一代替実施形態の燃
料補給ステーション200を、同一番号を付けて示して
いる。この代替形態では、二酸化炭素を大気または廃棄
物除去装置に排出せず、液体CO2を生成してこれをド
ライアイス、飲料製造、または他の何らかの周知のCO
2の応用例に使用することができる。液体CO2を供給す
るために、改質装置110で生成された二酸化炭素は圧
縮器204に送られて0.6895MPa(100ps
i)から2.086MPa(300psi)に圧縮され
る。加圧されたCO2は次いで熱交換器206に戻され
るが、この熱交換機はCO2からの熱を使って、改質装
置110に向かって最初に流れているLNGを温める。
交換器206はまたCO2をその臨界温度よりも低く約
90°Fに冷却するが、この温度によってCO2は液体
に変換され、後の分配のためデュアー瓶208に貯蔵さ
れる。
【0030】図4を参照すると、別の代替実施形態で
は、燃料補給ステーション300は、改質装置110か
らの精製水素を熱交換器302に戻す高効率のステーシ
ョンとなっている。交換器302では、水素からの熱を
使用して、改質装置110に入る前の天然ガスを加熱し
ている。冷却された水素は次いで、燃料補給ステーショ
ン100と同様に、高圧圧縮器112に送られる。
は、燃料補給ステーション300は、改質装置110か
らの精製水素を熱交換器302に戻す高効率のステーシ
ョンとなっている。交換器302では、水素からの熱を
使用して、改質装置110に入る前の天然ガスを加熱し
ている。冷却された水素は次いで、燃料補給ステーショ
ン100と同様に、高圧圧縮器112に送られる。
【0031】図5を参照すると、燃料補給ステーション
400では、燃料補給ステーション300と同様に熱交
換器302内で水素が冷却される。但し冷却された水素
はその後小規模水素液化装置402に進む。液化装置4
02は更に水素を−420°Fに冷却し、圧力を0.1
379MPa(20psi)に下げる。このような液化
装置は当技術分野で周知である。次いで液化水素用のデ
ュア瓶404を使って水素を貯蔵し、冷却状態に保つ。
その後水素は、必要に応じて車両(図示せず)に充填す
るための液体水素ディスペンサ406へと流れる。
400では、燃料補給ステーション300と同様に熱交
換器302内で水素が冷却される。但し冷却された水素
はその後小規模水素液化装置402に進む。液化装置4
02は更に水素を−420°Fに冷却し、圧力を0.1
379MPa(20psi)に下げる。このような液化
装置は当技術分野で周知である。次いで液化水素用のデ
ュア瓶404を使って水素を貯蔵し、冷却状態に保つ。
その後水素は、必要に応じて車両(図示せず)に充填す
るための液体水素ディスペンサ406へと流れる。
【0032】純粋水素を供給するための改質装置及び分
配機構を備えたLNG分配ステーションのこの他多数の
構成を、改造するかまたは新建設し得ることが理解され
よう。また、本発明の燃料補給ステーションは、水素供
給のために、天然ガスまたはメタンを分解することによ
って純粋水素を放散する改質装置または変換装置を使用
することができることも理解されよう。
配機構を備えたLNG分配ステーションのこの他多数の
構成を、改造するかまたは新建設し得ることが理解され
よう。また、本発明の燃料補給ステーションは、水素供
給のために、天然ガスまたはメタンを分解することによ
って純粋水素を放散する改質装置または変換装置を使用
することができることも理解されよう。
【0033】このようなことから、本発明は従来技術よ
りも有利な点を数多く提供する。第1に、LNGバルク
を供給する既存の拡大中の支援施設への水素生成及び分
配設備にかかる追加コストが比較的低い。コストとは別
に、特に車両上に搭載される改質装置と比べて、燃料補
給ステーションの改質装置には重大な物理的制限が比較
的少数しか課せられない。また、同じ大きさのタンク車
では、LNGを燃料補給ステーションに輸送する方が、
あらかじめ精製された液体水素を輸送するよりもかなり
多くの水素を供給できる。(LNGのトラック約1台
で、純粋液体水素のトラック3台分と同じ量の水素を運
ぶことができる。)加えて、天然ガスから水素を放散す
る際、天然ガスは98%有効であり、85%しか有効で
ないメタノールと比べてCO2廃棄物の出方が非常に少
ない。LNGはまた、その点火エネルギが高いので、他
の考えられる原料化学物質よりも比較的安全である。
りも有利な点を数多く提供する。第1に、LNGバルク
を供給する既存の拡大中の支援施設への水素生成及び分
配設備にかかる追加コストが比較的低い。コストとは別
に、特に車両上に搭載される改質装置と比べて、燃料補
給ステーションの改質装置には重大な物理的制限が比較
的少数しか課せられない。また、同じ大きさのタンク車
では、LNGを燃料補給ステーションに輸送する方が、
あらかじめ精製された液体水素を輸送するよりもかなり
多くの水素を供給できる。(LNGのトラック約1台
で、純粋液体水素のトラック3台分と同じ量の水素を運
ぶことができる。)加えて、天然ガスから水素を放散す
る際、天然ガスは98%有効であり、85%しか有効で
ないメタノールと比べてCO2廃棄物の出方が非常に少
ない。LNGはまた、その点火エネルギが高いので、他
の考えられる原料化学物質よりも比較的安全である。
【0034】本発明の好ましい実施形態を示し、記述し
てきたが、添付の諸請求項によってその範囲が定義され
る本発明の精神から逸脱することなく、それに変更及び
修正を加えることができることが、当業者には明らかで
あろう。
てきたが、添付の諸請求項によってその範囲が定義され
る本発明の精神から逸脱することなく、それに変更及び
修正を加えることができることが、当業者には明らかで
あろう。
【図1】本発明の燃料電池燃料補給ステーション及びシ
ステムの実施形態を、主にブロック図の形で示す図であ
る。
ステムの実施形態を、主にブロック図の形で示す図であ
る。
【図2】本発明の燃料電池燃料補給ステーションの第1
実施形態の概略図である。
実施形態の概略図である。
【図3】本発明の燃料電池燃料補給ステーションの第2
実施形態の概略図である。
実施形態の概略図である。
【図4】本発明の燃料電池燃料補給ステーションの第3
実施形態の概略図である。
実施形態の概略図である。
【図5】本発明の燃料電池燃料補給ステーションの第4
実施形態の概略図である。
実施形態の概略図である。
10a、10b、10c タンク車
20 LNG施設
30a、30b、30c 燃料補給ステーション・アン
テナ 40 施設アンテナ 100a、100b、100c、100、200、30
0、400 燃料補給ステーション 102 バルク・タンク 104 溜め内ポ
ンプ 105 LNG調整/分配部 106 供給ライ
ン 108、206、302 空気熱交換器 110 改質装置 111 精製装置 112、204 高圧圧縮器 114 水素ガス
貯蔵管 116 圧縮水素ディスペンサ 402 小規模水
素液化装置 404 デュアー瓶 406 液体水
素ディスペンサ
テナ 40 施設アンテナ 100a、100b、100c、100、200、30
0、400 燃料補給ステーション 102 バルク・タンク 104 溜め内ポ
ンプ 105 LNG調整/分配部 106 供給ライ
ン 108、206、302 空気熱交換器 110 改質装置 111 精製装置 112、204 高圧圧縮器 114 水素ガス
貯蔵管 116 圧縮水素ディスペンサ 402 小規模水
素液化装置 404 デュアー瓶 406 液体水
素ディスペンサ
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
// H01M 8/00 H01M 8/00 Z
(72)発明者 デーヴィッド・ジー・バー
アメリカ合衆国ミネソタ州55306−3803,
バーンズヴィル
Fターム(参考) 3D026 CA00
3E072 AA01 DA05
3E073 DB04
4G140 AB01
5H027 AA02 BA01 BA13 DD00 KK01
KK41
Claims (30)
- 【請求項1】 水素を生成し、水素を使用して動力を発
生する車両に燃料を供給するシステムであって、 a.液体天然ガス供給物を収容するバルク・タンクと、 b.バルク・タンクと連通し、前記バルク・タンクから
液体天然ガスを受け取り、それを温める熱交換器と、 c.熱交換器と連通し、前記熱交換器から温められた液
体天然ガスを受け取り、それから水素を生成する改質装
置と、 d.前記改質装置と連通し、前記改質装置によって生成
された水素を車両に分配するように適合されたディスペ
ンサとを備えるシステム。 - 【請求項2】 改質装置からの水素ガスを加圧するため
に、前記改質装置と前記ディスペンサとの間の回路内に
圧縮器を更に備える、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項3】 圧縮器からの加圧水素ガスを貯蔵するた
めに、前記圧縮器と前記ディスペンサの間の回路内にガ
ス貯蔵管を更に備える、請求項2に記載のシステム。 - 【請求項4】 前記改質装置と前記圧縮器の間の回路内
に精製装置を更に備える、請求項2に記載のシステム。 - 【請求項5】 バルク・タンクからの液体天然ガスを利
用装置にポンプで注入するために、バルク・タンクと連
通するポンプを更に備える請求項1に記載のシステム。 - 【請求項6】 前記ポンプが中に配置される溜めであっ
て、バルク・タンクと連通し、ポンプが少なくとも部分
的に液体天然ガス中に浸漬するようにバルク・タンクか
ら液体天然ガスを受ける溜めを更に備える請求項5に記
載のシステム。 - 【請求項7】 バルク・タンクからの液体天然ガスを調
整し、利用装置に分配するために、バルク・タンクと連
通する液体天然ガス分配及び調整部を更に備える請求項
1に記載のシステム。 - 【請求項8】 前記改質装置が蒸気改質装置であって、
水素にともなって二酸化炭素が生成される請求項1に記
載のシステム。 - 【請求項9】 二酸化炭素を、熱交換器を経由して流れ
る液体天然ガスによって冷却し、熱交換器内で液体二酸
化炭素を生成し、将来使用するために貯蔵コンテナ内に
貯蔵するために、改質装置からの二酸化炭素を熱交換器
に送り、次いで貯蔵コンテナに送る、請求項8に記載の
システム。 - 【請求項10】 改質装置からの二酸化炭素を圧縮した
後前記熱交換器に進入させるために、改質装置と熱交換
器の間の回路内に圧縮器を更に備える、請求項9に記載
のシステム。 - 【請求項11】 改質装置からの水素ガスを熱交換器を
通して送り、その熱交換器を経由して流れる液体天然ガ
スによって冷却した後、ディスペンサに移動させる、請
求項1に記載のシステム。 - 【請求項12】 水素を、熱交換器を出てからディスペ
ンサに移動するまでに圧縮するために、熱交換器とディ
スペンサの間の回路内に圧縮器を更に備える、請求項1
1に記載のシステム。 - 【請求項13】 圧縮器からの加圧ガスを貯蔵するため
に、前記圧縮器と前記ディスペンサとの間の回路内にガ
ス貯蔵管を更に備える、請求項12に記載のシステム。 - 【請求項14】 水素を、熱交換器を出てからディスペ
ンサに移動するまでに液化するために、熱交換器とディ
スペンサの間の回路内に液化装置を更に備える、請求項
11に記載のシステム。 - 【請求項15】 液化装置からの液体水素を貯蔵するた
めに、液化装置とディスペンサの間の回路内に液体水素
デユアー容器を更に備える、請求項14に記載のシステ
ム。 - 【請求項16】 水素を生成し、水素を使用して動力を
発生する車に燃料供給するシステムであって、 a.液体天然ガス生成集中施設と、 b.前記生成施設からの液体天然ガスを受け取るタンク
車と、 c.燃料補給ステーションとを備えるシステムであっ
て、前記燃料補給ステーションが、 i)前記タンク車と連通するように適合され、前記タン
ク車からの液体天然ガス供給物を収容するバルク・タン
クと、 ii)バルク・タンクと連通し、前記バルク・タンクか
らの液体天然ガスを受け取ってそれを温める熱交換器
と、 iii)熱交換器と連通し、前記熱交換器からの温めら
れた液体天然ガスを受け取り、それから水素を生成する
改質装置と、 iv)前記改質装置と連通し、前記改質装置によって生
成された水素を車両に分配するディスペンサとを備える
システム。 - 【請求項17】 バルク・タンクからの液体天然ガスを
調整し、利用装置に分配するために、燃料補給ステーシ
ョンが、バルク・タンクと連通する液体天然ガス分配及
び調整部を更に含む、請求項16に記載のシステム。 - 【請求項18】 前記燃料補給ステーションの改質装置
が蒸気改質装置であり、水素にともなって二酸化炭素が
生成される、請求項16に記載のシステム。 - 【請求項19】 二酸化炭素を、熱交換器を経由して流
れる液体天然ガスによって冷却し、熱交換器内で液体二
酸化炭素を形成し、将来使用するために貯蔵コンテナに
貯蔵するために、改質装置からの二酸化炭素を燃料補給
ステーションの熱交換器に送り、次いで貯蔵コンテナに
送る、請求項18に記載のシステム。 - 【請求項20】 改質装置からの二酸化炭素を圧縮した
後前記熱交換器に進入させるために、改質装置と熱交換
器の間の回路内に圧縮器を更に備える、請求項19に記
載のシステム。 - 【請求項21】 燃料補給ステーションの改質装置から
の水素ガスを燃料補給ステーションの熱交換器に送り、
それを経由して流れる液体天然ガスによって冷却した後
ディスペンサに移動させる、請求項16に記載のシステ
ム。 - 【請求項22】 水素を、熱交換器を出てからディスペ
ンサに移動するまでに圧縮するために、熱交換器とディ
スペンサの間の回路内に圧縮器を更に備える、請求項2
1に記載のシステム。 - 【請求項23】 水素を、熱交換器を出てからディスペ
ンサに移動するまでに液化するために、熱交換器とディ
スペンサの間の回路内に液化装置を更に備える、請求項
21に記載のシステム。 - 【請求項24】 液体天然ガスが自動的に再注文され、
補給されるように、燃料補給ステーションが液体天然ガ
ス生成集中施設と連絡をとるための手段を更に備える請
求項16に記載のシステム。 - 【請求項25】 水素を使用して動力を発生する車両に
燃料を供給するための方法であって、 a.液体天然ガスを貯蔵するステップと、 b.液体天然ガスを温めるステップと、 c.温められた液体天然ガスを水素ガスに変換するステ
ップと、 d.車両に水素を分配するステップとを含む方法。 - 【請求項26】 液体天然ガスを、貯蔵する前に輸送す
るステップを更に含む、請求項25に記載の方法。 - 【請求項27】 水素ガスを、車両に分配する前に圧縮
するステップを更に含む、請求項25に記載の方法。 - 【請求項28】 水素ガスを、車両に分配する前に貯蔵
するステップを更に含む、請求項25に記載の方法。 - 【請求項29】 水素を、車両に分配する前に液化する
ステップを更に含む、請求項25に記載の方法。 - 【請求項30】 液体水素を、車両に分配する前に貯蔵
するステップを更に含む、請求項29に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US29847601P | 2001-06-15 | 2001-06-15 | |
US60/298476 | 2001-06-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003118548A true JP2003118548A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=23150680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002175395A Pending JP2003118548A (ja) | 2001-06-15 | 2002-06-17 | 燃料電池用燃料供給ステーション及びシステム |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20030021743A1 (ja) |
EP (1) | EP1267432A3 (ja) |
JP (1) | JP2003118548A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003002601A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-01-08 | Air Liquide Japan Ltd | 水素ガスの製造方法および水素ガスの製造設備 |
JP2004352510A (ja) * | 2003-05-26 | 2004-12-16 | Honda Motor Co Ltd | 純水素製造装置 |
CN100451438C (zh) * | 2007-05-16 | 2009-01-14 | 马磊 | 节能型液化天然气自动气化加气装置 |
JP2009513466A (ja) * | 2005-10-31 | 2009-04-02 | エレクトロファック アクチェンゲゼルシャフト | 水素の製造方法の使用 |
JPWO2007114276A1 (ja) * | 2006-03-30 | 2009-08-13 | 新日鉄エンジニアリング株式会社 | 液体燃料合成システムの起動方法、及び液体燃料合成システム |
KR102379650B1 (ko) * | 2021-11-16 | 2022-03-29 | 성우인스트루먼츠 주식회사 | 대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치 |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004079262A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素供給システム及び移動式水素製造装置 |
FR2846958B1 (fr) * | 2002-11-13 | 2005-08-26 | N Ghy | Valorisation de l'oxygene pour la production d'hydrogene a partir d'hydrocarbures avec sequestration de co2 |
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