JP2005054963A - Device for getting hydrogen out of hydrogen tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水素タンクからの水素抜取り装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for removing hydrogen from a hydrogen tank.
特開平9−126397号公報は、高圧タンクからガスを調量しながら抜取る装置を開示している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-126397 discloses an apparatus for extracting gas from a high-pressure tank while metering it.
しかし、ガスが高圧水素である場合に、たとえば、燃料電池(FC)車両のタンク内高圧水素(25MPa−35MPa)を抜き取る場合に、従来技術をそのまま使用すると、つぎの問題が生じることが予想される。
1. 水素流速が高速の場合、水素抜取り配管内に静電気が発生し着火源になるおそれがある。
2. 水素タンク内圧力が低くなりすぎると、エアが進入して残留水素と混合するおそれがある。
3. FC車両の空輸に際しては、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換したいが、従来技術の装置は抜取り専用の装置のため、ヘリウムとの置換には別の装置が必要となる。
1. When the hydrogen flow rate is high, static electricity is generated in the hydrogen extraction pipe, which may cause an ignition source.
2. If the pressure in the hydrogen tank becomes too low, air may enter and mix with residual hydrogen.
3. In the air transportation of FC vehicles, it is desired to replace the inside of the hydrogen tank with an inert gas such as helium. However, since the apparatus of the prior art is a sampling-only apparatus, another apparatus is required for replacement with helium.
本発明が解決しようとする問題点は、水素抜取り配管内の静電気の発生、エアの進入による残留水素との混合の、少なくとも一つの問題である。
本発明が解決しようとするもう一つの問題点は、上記問題に加えて、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換する場合に、別の装置が必要となるという問題である。
The problem to be solved by the present invention is at least one problem of generation of static electricity in the hydrogen extraction pipe and mixing with residual hydrogen due to the ingress of air.
Another problem to be solved by the present invention is that, in addition to the above problem, another device is required when the inside of the hydrogen tank is replaced with an inert gas such as helium.
本発明の目的は、水素抜取り配管内の静電気の発生を抑制できる、水素タンクからの水素抜取り装置を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記目的に加えて、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換することができる、水素タンクからの水素抜取り装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a hydrogen extraction device from a hydrogen tank that can suppress the generation of static electricity in the hydrogen extraction pipe.
Another object of the present invention is to provide an apparatus for extracting hydrogen from a hydrogen tank, which can replace the inside of the hydrogen tank with an inert gas such as helium, in addition to the above object.
上記課題を解決する、また、上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
(1)水素タンクに連結され水素を抜取る際に水素が流れる水素抜取り配管と、該水素抜取り配管の途中に設けられた、水素流速を制御可能なニードル弁と、を有する水素タンクからの水素抜取り装置。
(2)前記水素抜取り配管には、第2の配管が接続されており、該第2の配管には不活性ガス源が接続されている(1)記載の水素タンクからの水素抜取り装置。
(3)前記水素抜取り配管の途中には、ガス圧力を1MPa未満にする圧力レギュレータが設けられている(1)または(2)記載の水素タンクからの水素抜取り装置。
The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) Hydrogen from a hydrogen tank that is connected to a hydrogen tank and through which hydrogen flows when hydrogen is extracted, and a needle valve that is provided in the middle of the hydrogen extraction pipe and that can control the hydrogen flow rate. Sampling device.
(2) The hydrogen extraction device from the hydrogen tank according to (1), wherein a second piping is connected to the hydrogen extraction piping, and an inert gas source is connected to the second piping.
(3) The apparatus for extracting hydrogen from the hydrogen tank according to (1) or (2), wherein a pressure regulator for reducing the gas pressure to less than 1 MPa is provided in the middle of the hydrogen extraction pipe.
上記(1)の水素タンクからの水素抜取り装置によれば、水素抜取り配管の途中に、水素流速を制御可能なニードル弁を有するので、水素流速を低速に制御でき、水素抜取り配管に静電気を発生させないようにすることができる。 According to the hydrogen extraction device from the hydrogen tank in (1) above, since the needle valve that can control the hydrogen flow rate is provided in the middle of the hydrogen extraction piping, the hydrogen flow rate can be controlled at a low speed, and static electricity is generated in the hydrogen extraction piping. You can avoid it.
上記(2)の水素タンクからの水素抜取り装置によれば、水素抜取り配管に第2の配管を接続し、この第2の配管に不活性ガス源を接続したので、水素タンク内の水素の抜取りと、水素タンク内の水素の不活性ガスとの置換を1つの装置で行うことが可能になる。 According to the hydrogen extraction device from the hydrogen tank of (2) above, the second piping is connected to the hydrogen extraction piping, and the inert gas source is connected to the second piping. And replacement of the hydrogen in the hydrogen tank with an inert gas can be performed with one apparatus.
上記(3)の水素タンクからの水素抜取り装置によれば、圧力レギュレータを設けたので、水素抜きを1MPa未満の圧力下(所定機関への届け出を必要としない圧力下)で行うことができる。 According to the apparatus for removing hydrogen from the hydrogen tank of (3) above, since the pressure regulator is provided, hydrogen can be removed under a pressure of less than 1 MPa (a pressure that does not require notification to a predetermined engine).
以下に、本発明の水素タンクからの水素抜取り装置1(以下、単に水素抜取り装置1という)を、図1、図2を参照して説明する。
水素タンク2は、たとえば、燃料電池自動車の水素タンクであり、水素タンク2内に25MPa−35MPaの水素が充填してある。
燃料電池は、MEA(電解質膜の一面にアノードを形成し多面にカソードを形成した膜−電極アッセンブリ)と燃料ガス、酸化ガス流路を形成したセパレータとを重合わせた単セルを含む。燃料ガスとして水素または水素含有ガスをアノード側に供給し、アノードで水素が電子とプロトンに変換され、プロトンが電解質膜を通過してカソードに至り酸素と反応して水を生成し、電子が外部回路に流れて仕事をする。燃料ガスを水素タンク2などに圧縮して封入して、燃料電池とともに車両に搭載する。保守、点検や、外国への空輸に際しては、水素タンク2からの水素抜取りや、あるいは水素タンク2の水素の、不活性ガスとの置換が必要になる。本発明の水素抜取り装置1は、この水素抜取り、および不活性ガスとの置換に用いられるもので、車両工場、またはサービスステーション等に設置される。
Hereinafter, a hydrogen extraction apparatus 1 (hereinafter simply referred to as a hydrogen extraction apparatus 1) from a hydrogen tank according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The
The fuel cell includes a single cell in which an MEA (a membrane-electrode assembly in which an anode is formed on one surface and a cathode is formed on multiple surfaces) and a separator in which a fuel gas and an oxidizing gas channel are formed are overlapped. Hydrogen or a hydrogen-containing gas is supplied to the anode as the fuel gas, and hydrogen is converted into electrons and protons at the anode. The protons pass through the electrolyte membrane and reach the cathode to react with oxygen to produce water, and the electrons are externally supplied. Work on the circuit. The fuel gas is compressed and sealed in the
本発明の水素抜取り装置1は、図1に示すように、水素抜取り系3と、不活性ガス置換系4とを有する。
水素抜取り系3は、水素抜取り配管(第1の配管)5を有し、水素抜取り配管5は水素タンク出口21にて水素タンク2に接続される。水素抜取り系3は、水素抜取り配管5に、水素タンク2との水素タンク出口21側から、順に、弁6、ガス圧を所定圧(たとえば、1MPa未満の圧力)に落とす圧力レギュレータ7、水素流速を制御可能なニードル弁8、遮断弁(電磁弁)9、リークチェック用弁10を有しており、さらに大気に開放する。ニードル弁8と遮断弁9との間から管11が分岐しており、管11には遮断弁(電磁弁)12、水素濃度計13が接続している。抜取り水素は、水素タンク2側から設備の排気ポートへと流れて抜き取られ、安全を確認しつつ大気に放出される。
As shown in FIG. 1, the hydrogen extraction device 1 of the present invention includes a hydrogen extraction system 3 and an inert
The hydrogen extraction system 3 includes a hydrogen extraction pipe (first pipe) 5, and the
不活性ガス置換系4は、水素抜取り配管5の水素タンク出口21と弁6との間の部分から分岐された不活性ガス置換配管14(不活性ガス置換配管14を第2の配管ともいう、その場合、第1の配管は水素抜取り配管5である)を有する。不活性ガス置換系4は、不活性ガス置換配管14に、水素抜取り配管5との分岐部側から、順に、ガスの不活性ガス源側への逆流を防止する逆止弁15、弁16、遮断弁(電磁弁)17、ガス圧を1MPa未満に落とす圧力レギュレータ18、不活性ガス源としての不活性ガスボンベ19を有する。不活性ガスは、たとえば、ヘリウムである。ヘリウムは窒素などに代替されてもよい。不活性ガスは不活性ガスボンベ19から、水素タンク2側へと流れて、水素と置換される。
The inert
適宜の箇所に圧力スイッチ20が設けられて、その箇所の圧力を測定してもよい。図示例では、水素抜取り配管5上で水素タンク2の出口、不活性ガス置換配管14上で弁16と遮断弁(電磁弁)17との間の部位、不活性ガス置換配管14上で圧力レギュレータ18と不活性ガスボンベ19との間の部位などに設けられている。また、弁6、10、16は手動弁である。ただし、弁6、10、16を電磁弁に変えてもよい。
The
つぎに、水素抜取り、不活性ガス置換の工程を説明する。
水素タンク2から水素を抜取る時には、水素抜取り配管5を水素タンク出口21にて水素タンク2に連結する。この時点では、弁6、弁16、ニードル弁8、遮断弁9、12、17は閉である。ついで、弁6、弁16、弁10を開にし、水素抜取り、不活性ガス置換の用意が完了する。
Next, the steps of removing hydrogen and replacing inert gas will be described.
When extracting hydrogen from the
水素抜取り作業を実行する。図2の各種パラメータのタイムチャートに示すように、制御盤に設けた運転スイッチをONにして、運転スイッチと連動する遮断弁9を開にする。不活性ガス置換系4の遮断弁17は閉じたままとする。ニードル弁8を少しづつ開いていくと、水素タンク2から水素が水素抜取り配管5を流れて設備へと抜き取られていく。ニードル弁8は、圧力レギュレータ7出口からの排出気体(水素、不活性ガス)の初速を1m/sec以下に制御する。ニードル弁8による流速管理、圧力レギュレータ7による1MPa未満への圧力管理は、シーケンス制御によって自動で行われる。このガス流速制御によって、ガス流速が高いときに発生するおそれのある水素抜取り配管5での静電気の発生を防止する。
時間の経過とともに、排出水素流量は増え、ニードル弁8の開度は大となっていき、水素タンク2内の水素残圧は低下していく。圧力が下がりすぎるとエアが進入するおそれがあるので、それを防止するために、圧力スイッチ20で管理し、水素タンク2内の水素残圧が所定圧(たとえば、0.05MPa)になった時に、自動で運転スイッチをOFFにし遮断弁9が閉じ、水素抜取りを停止する。
Perform a hydrogen scavenging operation. As shown in the time chart of various parameters in FIG. 2, the operation switch provided on the control panel is turned ON, and the shutoff valve 9 interlocked with the operation switch is opened. The
As time passes, the discharged hydrogen flow rate increases, the opening degree of the
ついで、不活性ガス置換作業を実行する。不活性ガス置換系4の遮断弁17を開く。水素抜取り系3の遮断弁9は閉じたままとする。不活性ガスボンベ19からの不活性ガス(たとえば、ヘリウム)が、圧力レギュレータ18で圧力を落とされて水素タンク2に封入される。水素タンク2内圧力が所定圧(たとえば、0.8MPa)になったことが水素タンク2の出口の圧力スイッチ20で検出されると、遮断弁17を閉じて不活性ガスの送りを停止し、所定時間(たとえば、約10分)放置する。放置の理由は、水素タンク2内の残存水素と封入した不活性ガスを充分に攪拌するためである。以上で、1回目の水素抜取りと不活性ガスの封入が実行された。
Next, an inert gas replacement operation is performed. The
ついで、上記水素抜取り作業と同じ方法で、水素タンク2中の残存水素と不活性ガスの混合気体の抜取り作用を実行し、その後、不活性ガスの封入を実行して、2回目の水素抜取りと不活性ガスの封入を実行する。水素抜取りと不活性ガスの封入を複数回(たとえば、計3回)実行する。これらは、自動、または半自動で行われる。
Next, in the same manner as the above-described hydrogen extraction operation, the operation of extracting the mixed gas of the remaining hydrogen and the inert gas in the
不活性ガスへの置換終了後、最終的な水素濃度を計測することが望ましい。水素濃度計測は、水素抜取り系3におて、遮断弁9を閉じ、遮断弁12を開き、水素タンク2および水素抜取り配管5中のガスを水素濃度計13に導くことによって行われる。
また、安全上、水素のリークがないことを確認することが望ましい。リークの有無を確認するには、遮断弁17、12を閉じ、リークチェック弁10を閉じ、遮断弁9を開いて、系の圧力低下の有無を圧力スイッチ20によって検出することによって行われる。圧力低下があれば、系にリークがあることを意味する。
It is desirable to measure the final hydrogen concentration after the replacement with the inert gas. The hydrogen concentration measurement is performed in the hydrogen extraction system 3 by closing the shut-off valve 9 and opening the shut-off
For safety reasons, it is desirable to confirm that there is no hydrogen leak. The presence or absence of a leak is confirmed by closing the shut-off
つぎに、上記水素抜取り装置1による水素抜取り、不活性ガスとの置換の作用、効果を説明する。
まず、水素抜取り配管5の途中に、水素流速を制御可能なニードル弁8を有するので、水素流速を低速に、たとえば、1m/sec以下に、制御でき、水素抜取り配管5に静電気を発生させないようにすることができる。
また、圧力レギュレータ7を設け、シーケンス制御の圧力管理により、自動で1MPa未満で安全に水素を排出するようにしたので、高圧ガス取締りに係わる基準の圧力未満の範囲であり、管理も容易になる。
また、水素タンク2内の残圧が所定圧力になると自動で遮断弁9が閉じるようにしたので、エアの進入を防止でき、かつ、それを操作ミスなく、かつ、特別な集中力を要さずに行うことができる。
また、リークチェック弁10と圧力スイッチ20を設けて圧力低下により水素のリークを検出できるようにしたので、水素洩れも検出可能であり、装置の安全性を容易に確認することができる。
上記により、誰が作業しても、安全、かつ、確実に水素抜取りを実施できる。
Next, the action and effect of hydrogen extraction by the hydrogen extraction apparatus 1 and substitution with an inert gas will be described.
First, since the
In addition, since the pressure regulator 7 is provided and hydrogen is automatically discharged safely at less than 1 MPa by pressure control of sequence control, the pressure is within the range below the standard pressure related to high-pressure gas control and management is easy. .
In addition, since the shutoff valve 9 is automatically closed when the residual pressure in the
Further, since the
According to the above, hydrogen removal can be performed safely and reliably regardless of who works.
水素抜取り配管5に不活性ガス置換配管(第2の配管)14を接続し、この第2の配管に不活性ガス源(不活性ガスボンベ)19を接続したので、遮断弁9、17の切替えによって、水素タンク2内の水素の抜取りと、水素タンク2内の水素の不活性ガスとの置換を1つの装置で、かつ、自動で行うことが可能になった。自動により、誰が作業しても、ミスなく、水素抜取りと不活性ガスとの置換を実施できる。
Since the inert gas replacement pipe (second pipe) 14 is connected to the
また、圧力レギュレータ7、18を設けたので、水素抜き、および水素と不活性ガスの混合ガス抜きを、1MPa未満の圧力下(所定機関への届け出を必要としない圧力下)で行うことができる。したがって、本発明の装置を、工場またはサービスステーションなどどこに設置しても、容易に、かつ、確実に、水素タンク2からの水素抜き取り、および水素タンク2への不活性ガスの封入を行うことができる。
本発明は、燃料電池自動車の水素タンクからの水素の抜取り、外国への空輸に際して水素タンクの水素の抜取りおよび不活性ガスとの置換に利用することができる。
In addition, since the
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for extracting hydrogen from a hydrogen tank of a fuel cell vehicle, extracting hydrogen from a hydrogen tank and replacing it with an inert gas during air transportation to a foreign country.
1 水素タンクからの水素抜取り装置(単に、水素抜取り装置1ともいう)
2 水素タンク
3 水素抜取り系
4 不活性ガス置換系
5 水素抜取り配管(第1の配管)
6 弁
7 圧力レギュレータ
8 ニードル弁
9 遮断弁(電磁弁)
10 リークチェック用弁
11 管
12 遮断弁(電磁弁)
13 水素濃度計
14 不活性ガス置換配管(第2の配管)
15 逆止弁
16 弁
17 遮断弁
18 圧力レギュレータ
19 不活性ガス源(たとえば、不活性ガスボンベ、たとえば、ヘリウムボンベ)
20 圧力スイッチ
21 水素タンク出口
1 Hydrogen removal device from hydrogen tank (also simply referred to as hydrogen removal device 1)
2 Hydrogen tank 3
6 Valve 7
10
13
15
20
Claims (3)
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