JP2003307177A

JP2003307177A - 水素圧縮装置

Info

Publication number: JP2003307177A
Application number: JP2002110598A
Authority: JP
Inventors: Ko Kato; 香加藤; Kimiharu Hattori; 公治服部
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、水素圧縮部と水素発生装置との間
にクッションタンクを設け、このクッションタンク内の
圧力を監視することにより水素圧縮部の運転の自動発停
を行い、安定して高圧水素を供給することを目的とす
る。【解決手段】本発明による水素圧縮装置は、水素発生
装置(60)と水素圧縮部(68)との間にクッションタンク(6
1)を設け、水素発生装置(60)から供給される水素ガス(6
0a)は一旦クッションタンク(61)に水素圧縮部(68)の設
定吸入圧力になるまで溜められるようにした構成であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素圧縮装置に関
し、特に、水素圧縮部と水素発生装置との間にクッショ
ンタンクを設け、このクッションタンク内の圧力を監視
することにより水素圧縮部の運転の自動発停を可能と
し、水素発生装置の水素供給状態に左右されることなく
安定して高圧水素を供給するための新規な改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、用いられてきたこの種の水素圧縮
装置として、レシプロ・ダイヤフラム式圧縮装置は、図
２の通りである。図２においてレシプロ式圧縮装置とダ
イヤフラム式圧縮装置とを共通のクランク軸で結合さ
せ、レシプロ式圧縮装置のレシプロ式シリンダ内で圧縮
された圧縮水素がダイヤフラム式圧縮装置のダイヤフラ
ム式シリンダ内でさらに圧縮されるようにした構成であ
る。すなわち、図２において、符号１００で示されるも
のはレシプロ式圧縮装置１とダイヤフラム式圧縮装置１
７とからなるレシプロ・ダイヤフラム式圧縮装置であ
り、このレシプロ・ダイヤフラム式圧縮装置１００は、
クランクケース１Ａに一体状に配設されたレシプロ式圧
縮装置１及びダイヤフラム式圧縮装置１７とから構成さ
れている。前記クランクケース１Ａに設けられたモータ
等の駆動機１３に設けられた小プーリ１４は、ベルト１
６を介して大プーリ１５に接続され、この大プーリ１５
の回転によって全レシプロ・ダイヤフラム式圧縮装置１
００に共通に用いられる共通クランク軸４９（図２に開
示）のクランク４を駆動するように構成されている。

【０００３】前記レシプロ・ダイヤフラム式圧縮装置１
００の機能は図２に示されており、レシプロ式圧縮装置
１は、一例として３気筒で構成され、３個のレシプロ式
シリンダ３、３Ａ、３Ｂがクランクケース８上に設けら
れている。前記各レシプロ式シリンダ３内の前記クラン
ク４に接続されたコネクティングロッド７は、このクラ
ンクケース８内の前記クランク４に接続されており、第
１段目のレシプロ式シリンダ３の１段目吸入口１１には
外部から水素が吸入され、１段目吐出口１２から圧縮水
素は第１冷却器４５を経て２段目のレシプロ式シリンダ
３Ａの２段目吸入口１１ａに吸入される。第２段目のレ
シプロ式シリンダ３Ａで圧縮された圧縮水素は、２段目
吐出口１２ａから第２冷却器４５ａを経て第３段目のレ
シプロ式シリンダ３Ｂの３段目吸入口１１ｂから吸入さ
れ、圧縮された圧縮水素は３段目吐出口１２ｂから第３
冷却器４５ｂを経て前記クランクケース８上に設けられ
たダイヤフラム式圧縮装置１７のスナッパー５０に蓄え
られてダイヤフラム吸入口２７に吸入される。このダイ
ヤフラム式圧縮装置１７でさらに圧縮された水素は第４
冷却器４５ｃを経てダイヤフラム吐出口２８から外部へ
供給されるように構成されている。前記ダイヤフラム式
圧縮装置１７のダイヤフラム２９を作動させるための油
は、油圧安全弁２６を介してクランクケース８内の油と
連通しており、このダイヤフラム２９が位置するダイヤ
フラムシリンダ３３内の油圧は圧力スイッチ２５で検出
できるように構成されている。

【０００４】次に、動作について述べる。まず、図２に
おいて、小プーリ１４が取り付けられている駆動機１３
が稼働し、ベルト１６を介して共通クランク軸４９が固
定されている大プーリ１５を回転させることによりクラ
ンクケース８の共通クランク軸４９を回転させる。レシ
プロ式圧縮装置１とダイヤフラム式圧縮装置１７を構成
するためのクランク４が一本のクランク軸４９によって
繋がれていることにより、共通クランク軸４９の回転に
よって各圧縮装置１、１７が連動して作動する。前記１
段目吸入口１１から吸い込みピストン２により水素を圧
縮し１段目吐出口１２より吐出され、第１冷却器４５へ
続いている配管２００へ送られる。冷やされた圧縮水素
は２段目吐出口１２ａより第２冷却器４５ａへ送られ
る。冷やされた圧縮水素は３段目吸入口１１ｂより吸い
込み圧縮され、３段目吐出口１２ｂより第３冷却器４５
ｂへ送られる。最終圧縮行程であるダイヤフラム式圧縮
装置１７に吸い込まれる前に冷やされた水素は一度スナ
ッパー５０に蓄えられてから、ダイヤフラム吸入口２７
より吸い込まれダイヤフラム式圧縮装置により圧縮さ
れ、ダイヤフラム吐出口２８より目的の圧力まで昇圧さ
れた圧縮水素が吐出する。なお、ダイヤフラム２９が損
傷したときのために、油圧安全弁２６と圧力スイッチ２
５が取り付けられダイヤフラム２９の損傷の有無を検知
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の水素圧縮装置
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、（１）水素発生装置の処理容量と水素圧縮装置の処理容
量の応答性が異なるため、水素圧縮装置も複雑な容量制
御を行わないと、吸入圧力が変動して、安定して水素圧
縮装置を稼働させることができなかった。（２）起動時に必要な無負荷運転をする場合、循環ライ
ンが無いため水素ガスを捨てるかもしくはどこかへ溜め
る必要があった。（３）運転停止後、圧縮装置内に残存する圧縮水素ガス
を装置外へ減圧して捨てなければならなかった。（４）水素ガスの吸い込み状態を確認できないため自動
運転ができなかった。従って、このような従来技術で
は、自動運転や安定した圧縮水素の生成が難しく、また
圧縮した水素を装置外へ放出しなくてはならなかった。

【０００６】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、水素圧縮部の前段にクッシ
ョンタンクを設置することにより、複雑な容量制御を行
うことなく、吸入圧力の変動を抑え吸入圧力を安定さ
せ、また装置外へ放出しなくてはならない水素ガスをク
ッションタンクへ戻すことにより、無駄をなくし装置外
へ水素ガスを放出しなくてもよくなると共に、クッショ
ンタンク内の圧力を監視することにより、圧縮装置の自
動運転が可能となるようにした水素圧縮装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による水素圧縮装
置は、水素発生装置から発生される水素ガスを水素圧縮
部で圧縮して吐出ラインから蓄ガス器へ送るようにした
水素圧縮装置において、前記水素発生装置と水素圧縮部
との間にクッションタンクが設けられ、前記水素発生装
置から供給される水素ガスは一旦前記クッションタンク
に前記水素圧縮部の設定吸入圧力になるまで溜められる
ようにした構成であり、また、前記クッションタンクに
接続された第１圧力計と、前記吐出ラインに接続された
第２圧力計とを備え、前記第１圧力計の圧力が設定吸入
圧力になると前記水素圧縮部は無負荷運転から定格運転
となり、前記定格運転中は前記第２圧力計の圧力が設定
圧力に到達すると前記水素圧縮部の運転が停止されるよ
うにした構成であり、また、前記クッションタンクと吐
出ラインとの間に循環ラインを設け、前記無負荷運転時
に前記水素圧縮部内を流れる水素ガスを前記クッション
タンク内に回収するようにした構成である。前記クッシ
ョンタンクと水素圧縮部とは、共通のカバー体内に設け
られている構成である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による水
素圧縮装置の好適な実施の形態について説明する。尚、
従来例と同一又は同等部分については同一符号を付し、
その説明を省略すると共に、異なる部分についてのみ説
明する。図１において符号６０で示されるものは、常時
水素ガス６０ａを発生して供給するように構成された水
素発生装置であり、この水素ガス６０ａは、第１圧力計
６２が接続されたクッションタンク６１に供給され、こ
のクッションタンク６１からの水素ガス６０ａは、各ク
ランク４を有する共通クランク軸４９で駆動される３段
型のシリンダ３、３Ａ、３Ｂ及び各冷却器４５、４５
ａ、４５ｂ、４５ｃからなる水素圧縮部６８を経て第２
圧力センサー６３が接続された吐出ライン６９及び逆止
弁６５を経て蓄ガス器６７へ溜められるように構成され
ている。

【０００９】前記吐出ライン６９は、循環ラインバルブ
６４を介してクッションタンク６１に接続されている。
また、水素圧縮部６８及びクッションタンク６１は１個
の共通のカバー体３００によって１パッケージとして覆
われて内設されている。

【００１０】次に、動作について述べる。図１におい
て、水素発生装置６０から常時供給される水素ガス６０
ａは一旦クッションタンク６１に水素圧縮部６８の設定
吸入圧力（第１圧力計６２にて検出）になるまで溜めら
れる。この第１圧力計６２によりクッションタンク６１
の圧力が設定吸入圧力になったことが検出されると水素
圧縮部６８の作動がスタンバイ状態になる。図示しない
制御盤より運転開始の指示があると、まず循環ライン６
６の循環ラインバルブ６４を開弁して無負荷運転を行
う。このとき循環ライン６６のバルブ６４は開いてい
る。次に、起動はモーター回転数を上げて水素圧縮部６
８を作動させ、定格回転数に達すると循環ライン６６の
バルブ６４を閉め、吐出ライン６９から蓄ガス器６７へ
圧縮した水素ガスを送り出す。このとき水素発生装置の
発生容量の応答性と、水素圧縮装置の処理容量の応答性
が異なるため、両者のバランスがくずれ、吸い込み圧力
の変動、脈動がある。又、定格運転中にも水素発生装置
からの水素ガス供給量には、変動・脈動がある。そこ
で、水素発生装置６０から供給された水素ガスを一旦ク
ッションタンク６１へ溜めることにより、圧力の変動、
脈動を制御し圧縮装置を安定して運転することが可能と
なる。又、この水素圧縮部６８の吐出側よりクッション
タンク６１への循環ライン６６を設けることにより起動
時の無負荷運転の際に循環される水素ガスを無駄なくク
ッションタンク６１に戻すことが可能になる。この定格
運転中はクッションタンク６１の圧力と吐出ライン６９
＝蓄ガス器６７の圧力を監視し、蓄ガス器６７の圧力が
設定圧力に到達すると、図示しない制御盤より運転停止
指示があり、循環ライン６６のバルブ６４を開いて無負
荷運転に入る。このとき蓄ガス器６７からは逆止弁６５
がついているので高圧の水素ガスは逆流しない。また、
無負荷運転になったときに逆止弁６５までにある各段の
シリンダー３や配管にある昇圧された水素ガスやダイヤ
フラム２９の前にあるスナッパー５０にたまっている高
圧の水素ガスは膨張して循環ライン６６を通してクッシ
ョンタンク６１に回収される。この水素圧縮部６８運転
停止後、シリンダー内や各シリンダー間の配管に残存し
ている高圧の水素ガスを循環ライン６６よりクッション
タンク６１内に戻すことにより、水素ガスを無駄にする
ことがない。また、クッションタンク６１内の圧力を監
視することにより、水素圧縮部６８の運転、停止を自由
に行うことができ、安定した高圧水素を無人運転、自動
運転で供給することができる。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、クッションタンクを
設けることにより、水素発生装置の水素供給状況に左右
されず安定して水素圧縮部を動かすことが可能となり、
このクッションタンク内の圧力を監視することにより運
転の自動発停が可能になる。また、起動時に無負荷運転
する際に循環ラインを使用することにより水素圧縮部内
を流れた水素ガスを無駄なく回収することができる。ま
た、水素圧縮部運転停止時に装置内に残った高圧の水素
ガスを装置外に放出することなくクッションタンクへ回
収することができる。装置全体の大きさもクッションタ
ンクを装置内に組み込むことにより、小さくまとめるこ
とが可能で、一つのパッケージ化することにより操作性
の向上及び防音効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水素圧縮装置を示す構成図であ
る。

【図２】従来の水素圧縮装置を示す平面構成図である。

【図３】図２を詳細に示す構成図である。

【符号の説明】

６０水素発生装置６０ａ水素ガス６１クッションタンク６２第１圧力計６３第２圧力計６４循環ラインバルブ６５逆止弁６６循環ライン６７蓄ガス器６８水素圧縮部６９吐出ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H045 AA02 AA15 AA25 BA03 BA07 BA20 CA03 CA04 EA13 3H076 AA03 AA14 AA35 AA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素発生装置(60)から発生される水素ガ
ス(60a)を水素圧縮部(68)で圧縮して吐出ライン(69)か
ら蓄ガス器(67)へ送るようにした水素圧縮装置におい
て、前記水素発生装置(60)と水素圧縮部(68)との間にクッシ
ョンタンク(61)が設けられ、前記水素発生装置(60)から
供給される水素ガス(60a)は一旦前記クッションタンク
(61)に前記水素圧縮部(68)の設定吸入圧力になるまで溜
められるように構成したことを特徴とする水素圧縮装
置。
【請求項２】前記クッションタンク(61)に接続された
第１圧力計(62)と、前記吐出ライン(69)に接続された第
２圧力計(63)とを備え、前記第１圧力計(62)の圧力が設
定吸入圧力になると前記水素圧縮部(68)は無負荷運転か
ら定格運転となり、前記定格運転中は前記第２圧力計(6
3)の圧力が設定圧力に到達すると前記水素圧縮部(68)の
運転が停止されるように構成したことを特徴とする請求
項１記載の水素圧縮装置。
【請求項３】前記クッションタンク(61)と吐出ライン
(69)との間に循環ライン(66)を設け、前記無負荷運転時
に前記水素圧縮部(68)内を流れる水素ガスを前記クッシ
ョンタンク(61)内に回収するように構成したことを特徴
とする請求項２記載の水素圧縮装置。
【請求項４】前記クッションタンク(61)と水素圧縮部
(68)とは、共通のカバー体(300)内に設けられているこ
とを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の水素
圧縮装置。