JP2008202619A - 水素ステーション - Google Patents

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Abstract

【課題】水素ステーションにおいて、吸収式冷凍機によって、圧縮機ユニットの圧縮熱を一部回収して省エネルギー化を図ると共に、蓄圧器ユニット及びディスペンサーに供給する水素ガスを予冷却して燃料電池車への水素ガスの所定量の充填及び充填の短時間化を可能とすること。
【解決手段】水素ステーション５０は、燃料電池車６に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションであり、圧縮機ユニット３、蓄圧器ユニット４、ディスペンサー５、水素ガス配管２８及び吸収式冷凍機７を備える。圧縮機ユニット３とディスペンサー５との間の水素ガス配管８の一部を吸収式冷凍機７の蒸発器に導いて当該水素ガス配管８内を流れる水素ガスを冷却すると共に、圧縮機ユニット３で発生した圧縮熱で吸収式冷凍機７の再生器を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素ステーションに係り、特に燃料電池車に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションに好適なものである。
燃料電池車に高圧の水素ガスを充填するための一般的な水素ステーションは、水素ガスを所定圧力まで昇圧する圧縮機ユニットと、圧縮機ユニットで昇圧された水素ガスを貯蔵する蓄圧器ユニットと、蓄圧器ユニットから供給される水素ガスを燃料電池車の車載タンクへ充填するディスペンサーと、圧縮機ユニットを冷却するクーラとを備えて構成されている（従来技術１）。
また、冷却装置を備えた水素ステーションとしては、特許文献１に示された充填装置がある（従来技術２）。この従来技術２の充填装置は、水素ガスである燃料を貯える貯蔵タンクと燃料供給系統を介して接続され当該燃料を水素ガス車の車載タンクに充填する充填ノズルと、燃料供給系統に設けられ充填ノズルによって充填される燃料を冷却する冷却装置とを備えて構成されている。この冷却装置は、貯蔵タンクと充填ノズルとの間で供給配管に設けられた熱交換器と、この熱交換器に接続されてコンプレッサ、ポンプ等の駆動機構が搭載されたチラーユニットとによって構成されている。
特開２００６−２２０２７５号公報
従来技術１の水素ステーションにおいて、水素ガスがジュールトムソン膨張すると、水素ガスのジュールトムソン係数の逆転温度が−７１℃と低いため、水素ガスは温度上昇する。また、水素ガスが車載タンク内に充填される際に断熱圧縮となるので、更に水素ガスの温度が上昇する。そのため、蓄圧器ユニット及び燃料電池車の車載タンクへの水素ガスの急速充填を行うと、ガス温度が上昇して所定の水素ガス量を充填できないという問題が生ずる。
現状では、これを解決するために充填速度を下げて充填するようにしており、水素ガスの充填に長時間を要している。例えば、温度上昇を車載タンクの設計温度で８０℃以下に抑えるのに、充填時間１０分程度の長時間を要しており、水素ステーションの利用者には待ち時問が長くかかり過ぎる状態となっている。そこで、将来的には例えば３〜５分程度の充填時間となるように充填の短時間化が望まれている。
さらには、従来技術１の水素ステーションでは、圧縮機ユニットによって水素ガスを圧縮する過程で圧縮熱が発生するため、発生した熱を水冷もしくは油冷のクーラによって冷却して外部へ放出するようにしているが、クーラの駆動によるエネルギーの浪費を招いていた。
一方、従来技術２の充填装置では、圧縮機ユニット及び蓄圧器ユニットを備えていないので、圧縮機ユニットによって水素ガスを圧縮する過程で発生する圧縮熱、及び水素ガスを蓄圧器ユニットに貯蔵する過程で発生するジュールトムソン膨張による水素ガスの温度上昇については配慮されていない。
本発明の目的は、吸収式冷凍機によって、圧縮機ユニットの圧縮熱を一部回収して省エネルギー化を図ると共に、蓄圧器ユニット及びディスペンサーに供給する水素ガスを予冷却して燃料電池車への水素ガスの所定量の充填及び充填の短時間化を可能とすることにある。
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、燃料電池車に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションであって、水素ガスを所定圧力まで昇圧する圧縮機ユニットと、前記圧縮機ユニットで昇圧された水素ガスを貯蔵する蓄圧器ユニットと、前記蓄圧器ユニットから供給される水素ガスを前記燃料電池車の車載タンクへ充填するディスペンサーと、前記圧縮機ユニット、前記蓄圧器ユニット及び前記ディスペンサーの順に水素ガスを流す水素ガス配管と、蒸発器及び再生器を有する吸収式冷凍機と、を備えて構成され、前記圧縮機ユニットと前記ディスペンサーと間の水素ガス配管の一部を前記吸収式冷凍機の蒸発器に導いて当該水素ガス配管内を流れる水素ガスを冷却するように構成し、前記圧縮機ユニットで発生した圧縮熱で前記吸収式冷凍機の再生器を加熱するように構成したことにある。
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）都市ガスなどを改質して前記圧縮機ユニットに供給する改質器と、前記圧縮機ユニットに供給する水素ガスを予め高圧で詰めたボンベカードルとを備え、前記改質器の水素ガスと前記ボンベカードルの水素ガスとを選択的に前記圧縮機ユニットへ供給するように構成したこと。
（２）前記吸収式冷凍機の再生器を加熱した水素ガスを前記圧縮機ユニットに設けた水冷式クーラで当該圧縮機ユニットの吸込み温度まで冷却してから当該圧縮機ユニットに戻して再圧縮するように構成したこと。
また、本発明の第２の態様は、燃料電池車に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションであって、水素ガスを所定圧力まで昇圧する圧縮機ユニットと、前記圧縮機ユニットで昇圧された水素ガスを貯蔵する蓄圧器ユニットと、前記蓄圧器ユニットから供給される水素ガスを前記燃料電池車の車載タンクへ充填するディスペンサーと、前記圧縮機ユニット、前記蓄圧器ユニット及び前記ディスペンサーの順に水素ガスを流す水素ガス配管と、蒸発器及び再生器を有する吸収式冷凍機と、を備えて構成され、前記圧縮機ユニットから前記蓄圧器ユニットへの水素ガス配管及び前記蓄圧器ユニットから前記ディスペンサーへの水素ガス配管のそれぞれの一部を前記吸収式冷凍機の蒸発器に導いて当該水素ガス配管内を流れる水素ガスを冷却するように構成し、前記圧縮機ユニットで発生した圧縮熱で前記吸収式冷凍機の再生器を加熱するように構成したことにある。
本発明の水素ステーションによれば、吸収式冷凍機によって、圧縮機ユニットの圧縮熱を一部回収して省エネルギー化を図ると共に、蓄圧器ユニット及びディスペンサーに供給する水素ガスを予冷却して燃料電池車への水素ガスの所定量の充填及び充填の短時間化が可能となる。
以下、本発明の一実施形態の水素ステーションについて図１及び図２を用いて説明する。
まず、本実施形態の水素ステーション５０の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態の水素ステーションの全体構成を示す図である。
本実施形態の水素ステーション５０は、燃料電池車６に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションであり、改質器２、ボンベカードル１０、圧縮機ユニット３、蓄圧器ユニット４、ディスペンサー５、水素ガス配管２８及び吸収式冷凍機７を備えて構成されている。
改質器２は、都市ガスなどを導管１により導入して水素ガスに改質して圧縮機ユニット３に供給するものである。ボンベカードル１０は、圧縮機ユニット３に供給する水素ガスを予め高圧で詰めたものである。改質器２の水素ガスとボンベカードル１０の水素ガスとを選択的に圧縮機ユニット３へ供給するように切換え弁が設けられている。改質器２を通して水素ガスを供給する場合がオンサイト型、ボンベカードル１０から水素ガスを供給する場合がオフサイト型と、一般に呼ばれている。かかる構成によれば、水素ガスの使用状態に応じて、オンサイト型とオフサイト型とを選択的することができるので、それぞれの長所を享受した水素ガスの利用が可能である。
圧縮機ユニット３は、改質器２またはボンベカードル１０から水素ガス配管２８を通して供給された水素ガスを所定圧力まで昇圧する。ここで、圧縮機ユニット３に供給される水素ガスの温度が常温程度（例えば３０℃程度）の場合、圧縮機ユニット３で圧縮された水素ガスの温度は圧縮熱によって例えば１３０℃〜１７０℃に温度上昇される。この高温の水素ガスは、圧縮ガス導管８を通して吸収式冷凍機７の再生器２４（図２参照）に導かれ、再生器２４の熱源として利用されて温度が低下した後、圧縮機ユニット３に戻される。再生器２４の熱源として利用できる最低温度は９０℃であるので、圧縮機ユニット３で圧縮された水素ガスは再生器２４の熱源として利用することができる。例えば、吸入圧力０．６ＭＰａ、吐出圧力８４ＭＰａで、容量３００Ｎｍ３／ｈの圧縮機条件で計算すると、７ＲＴの熱量が使用可能である。かかる構成によって、圧縮機ユニット３の圧縮熱を一部回収して省エネルギー化を図ることができる。
また、再生器２４の熱源として利用された水素ガスは、圧縮機ユニット３に設けられた水冷式クーラ（図示せず）で圧縮機ユニット３の吸込み温度まで冷却された後、圧縮機ユニット３に戻されて再圧縮される。
なお、再生器２４の熱量が不足する場合には、別の加熱源を併用するようにしてもよい。また、吸収式冷凍機を空調に兼用してもよい。
蓄圧器ユニット４は、圧縮機ユニット３で昇圧された水素ガスを一度貯蔵してから、ディスペンサー５を介して燃料電池車６に充填するためのものであり、圧縮機ユニット３から水素ガス配管２８を通して供給される水素ガスを貯蔵する複数のタンクで構成されている。
ディスペンサー５は、蓄圧器ユニット４から水素ガス配管２８を通して供給される水素ガスを燃料電池車６の車載タンク６ａへ充填するための充填ノズル（図示せず）を備えている。なお、ディスペンサー５は、複数台で構成されている。
水素ガス配管２８は、圧縮機ユニット３、蓄圧器ユニット４及びディスペンサー５の順に水素ガスを流す配管である。蓄圧器ユニット４への水素ガス配管２８及びディスペンサーへの水素ガス配管２８が吸収式冷凍機７の蒸発器２２に導かれ、当該水素ガス配管２８内を流れる水素ガスが冷却されるように構成されている。これによって、蓄圧器ユニット４及びディスペンサー５に供給される水素ガスが予冷却されることとなり、ジュールトムソン膨張による温度上昇及び断熱圧縮による温度上昇を抑えて、燃料電池車６への水素ガスの所定量の充填及びその短時間化が可能となる。
次に、図２を参照しながら吸収式冷凍機７についてさらに具体的に説明する。図２は図１の水素ステーションの吸収式冷凍機７の構成を示す図である。
吸収式冷凍機７は、蒸発器２２、吸収器２３、再生器２４及び凝縮器２５を備えて構成され、これらを冷凍機配管２１で接続することにより循環回路を構成している。
蒸発器２２には凝縮器２５から液冷媒が供給され、この液冷媒が蒸発器２２内に導かれた水素ガス配管２８に散布されることにより、液冷媒は水素ガス配管２８内を流れる水素ガスから吸熱して蒸発される。これによって、水素ガス配管２８内を流れる水素ガスが冷却される。
吸収器２３には、蒸発された冷媒が吸収器２３に導かれると共に、再生器２４から供給された濃溶液が散布される。これによって、散布された濃溶液に冷媒が吸収されて稀溶液となり、この稀溶液が再生器８に導かれる。
再生器８に導かれた稀溶液は、圧縮機ユニット３から圧縮ガス導管８を通して導かれた高温（例えば、１３０℃〜１７０℃）の水素ガスにより加熱され、濃溶液と冷媒ガスとに分離される。この濃溶液は上述したように吸収器２３に導かれて散布される。また、冷媒ガスは凝縮器２５で凝縮されて蒸発器２２に戻される。
図１は本発明の一実施形態の水素ステーションの全体構成を示す図である。 図１の水素ステーションの吸収式冷凍機７の構成を示す図である。
符号の説明
１…都市ガス導管、２…改質器、３…圧縮機ユニット、４…蓄圧器ユニット、５一ディスペンサー、６…燃料電池車、６ａ…車載タンク、７…吸収式冷凍機、８…圧縮ガス導管、９…ガス吸入管、１０…水素ガスカードル、２１…冷凍機配管、２２…蒸発器、２３…吸収器、２４…再生器、２５…凝縮器、２８…水素ガス配管、５０…水素ステーション。

Claims (4)

  1. 燃料電池車に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションであって、
    水素ガスを所定圧力まで昇圧する圧縮機ユニットと、
    前記圧縮機ユニットで昇圧された水素ガスを貯蔵する蓄圧器ユニットと、
    前記蓄圧器ユニットから供給される水素ガスを前記燃料電池車の車載タンクへ充填するディスペンサーと、
    前記圧縮機ユニット、前記蓄圧器ユニット及び前記ディスペンサーの順に水素ガスを流す水素ガス配管と、
    蒸発器及び再生器を有する吸収式冷凍機と、を備えて構成され、
    前記圧縮機ユニットと前記ディスペンサーと間の水素ガス配管の一部を前記吸収式冷凍機の蒸発器に導いて当該水素ガス配管内を流れる水素ガスを冷却するように構成し、
    前記圧縮機ユニットで発生した圧縮熱で前記吸収式冷凍機の再生器を加熱するように構成した
    ことを特徴とする水素ステーション。
  2. 請求項１の水素ステーションにおいて、都市ガスなどを改質して前記圧縮機ユニットに供給する改質器と、前記圧縮機ユニットに供給する水素ガスを予め高圧で詰めたボンベカードルとを備え、前記改質器の水素ガスと前記ボンベカードルの水素ガスとを選択的に前記圧縮機ユニットへ供給するように構成したことを特徴とする水素ステーション。
  3. 請求項１の水素ステーションにおいて、前記吸収式冷凍機の再生器を加熱した水素ガスを前記圧縮機ユニットに設けた水冷式クーラで当該圧縮機ユニットの吸込み温度まで冷却してから当該圧縮機ユニットに戻して再圧縮するように構成したことを特徴とする水素ステーション。
  4. 燃料電池車に高圧の水素ガスを充填するための水素ステーションであって、
    水素ガスを所定圧力まで昇圧する圧縮機ユニットと、
    前記圧縮機ユニットで昇圧された水素ガスを貯蔵する蓄圧器ユニットと、
    前記蓄圧器ユニットから供給される水素ガスを前記燃料電池車の車載タンクへ充填するディスペンサーと、
    前記圧縮機ユニット、前記蓄圧器ユニット及び前記ディスペンサーの順に水素ガスを流す水素ガス配管と、
    蒸発器及び再生器を有する吸収式冷凍機と、を備えて構成され、
    前記圧縮機ユニットから前記蓄圧器ユニットへの水素ガス配管及び前記蓄圧器ユニットから前記ディスペンサーへの水素ガス配管のそれぞれの一部を前記吸収式冷凍機の蒸発器に導いて当該水素ガス配管内を流れる水素ガスを冷却するように構成し、
    前記圧縮機ユニットで発生した圧縮熱で前記吸収式冷凍機の再生器を加熱するように構成した
    ことを特徴とする水素ステーション。
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