JP2010043708A - 地域エネルギー供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー供給源で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる地域エネルギー供給システムを提供すること。
【解決手段】低温液化ガスが貯蔵された低温液化ガス貯蔵タンク４を備え、低温液化ガスを燃料として走行する車両１１に搭載される車載タンクに低温液化ガスを供給するためのエネルギー供給源２と、前記低温液化ガスを燃料として駆動されるエネルギー発生設備３と、前記低温液化ガス貯蔵タンク４内で蒸発したボイルオフガスを前記エネルギー発生設備３に導くボイルオフガス供給ライン１７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地域社会全体でエネルギーの有効利用を図る地域エネルギー供給システムに関するものである。

ところで、液体水素を貯蔵しておき、水素を燃料として走行する車両に搭載される車載タンクに水素を供給する水素供給ステーション（エネルギー供給源）や、液化天然ガス（LNG）を貯蔵しておき、液化天然ガスを燃料として走行する車両に搭載される車載タンクに液化天然ガスを供給する液化天然ガス供給ステーション（エネルギー供給源）では、貯蔵タンク（低温液化ガス貯蔵タンク）内に貯蔵された液体水素（低温液化ガス）や液化天然ガス（低温液化ガス）が蒸発（ボイルオフ）してしまうことを抑制することができず、水素や天然ガスの利用効率が低減してしまうといった問題点があった。

そこで、ボイルオフガスを回収して充填ラインを予冷するのに利用したり（例えば、特許文献１参照）、貯蔵タンク内にスラッシュ水素を充填する（例えば、特許文献２参照）ことにより、利用効率を向上させようという発明がなされている。
特開２００５−２９９８１９号公報 特開２００７−１８２９１８号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に係る発明では、機器の増加や追加動力が必要であるという問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、エネルギー供給源で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる地域エネルギー供給システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る地域エネルギー供給システムは、低温液化ガスが貯蔵された低温液化ガス貯蔵タンクを備え、低温液化ガスを燃料として走行する車両に搭載される車載タンクに低温液化ガスを供給するためのエネルギー供給源と、前記低温液化ガスを燃料として駆動されるエネルギー発生設備と、前記低温液化ガス貯蔵タンク内で蒸発したボイルオフガスを前記エネルギー発生設備に導くボイルオフガス供給ラインとを備えている。

本発明に係る地域エネルギー供給システムによれば、エネルギー供給源で発生したボイルオフガスの全てがエネルギー発生設備で消費されることとなるので、エネルギー供給源で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる。

上記地域エネルギー供給システムにおいて、前記低温液化ガス貯蔵タンク内の低温液化ガスを前記車載タンクに導く第１の低温液化ガス供給ラインを備え、この第１の低温液化ガス供給ラインの途中に、前記低温液化ガスを昇圧する昇圧ポンプが設けられているとさらに好適である。

このような地域エネルギー供給システムによれば、消費電力が少なくてすむ（一般的なガス圧縮機の１０分の１程度である）昇圧ポンプにより低温液化ガスが昇圧されることとなるので、消費電力およびランニングコストを低減させることができる。

上記地域エネルギー供給システムにおいて、前記低温液化ガス貯蔵タンク内の低温液化ガスを前記エネルギー発生設備に導く第２の低温液化ガス供給ラインを備え、この第２の低温液化ガス供給ラインの途中に、前記低温液化ガスをガス化させる熱交換器が設けられており、この熱交換器によって回収された冷熱が冷水を作るのに利用されるとさらに好適である。

このような地域エネルギー供給システムによれば、熱交換器で回収された冷熱が冷水を作るのに利用されることとなるので、低温液化ガスの利用効率をさらに向上させることができる。

上記地域エネルギー供給システムにおいて、前記エネルギー発生設備が超伝導磁気エネルギー貯蔵装置を備えているとさらに好適である。

このような地域エネルギー供給システムによれば、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置により低温液化ガスの冷熱を利用して、電気エネルギーが貯えられることとなるので、低温液化ガスの利用効率をさらに向上させることができる。

上記地域エネルギー供給システムにおいて、前記超伝導磁気エネルギー貯蔵装置に、過冷却状態の低温液化ガスが供給されるように構成されているとさらに好適である。

このような地域エネルギー供給システムによれば、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置内に過冷却状態（１４Ｋ程度）の液体水素が導かれることとなるので、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置内により良い磁場を形成させることができ、低温液化ガスの更なる有効利用となる。

上記地域エネルギー供給システムにおいて、前記エネルギー発生設備がスターリングエンジンを備えているとさらに好適である。

このような地域エネルギー供給システムによれば、エネルギー発生設備からの排熱と、熱交換器で回収された冷熱とを利用してスターリングエンジンが駆動され、このスターリングエンジンで得られた動力が、例えば、発電機を廻すのに利用されることとなるので、低温液化ガスの利用効率をさらに向上させることができる。

本発明に係る地域エネルギー供給システムによれば、エネルギー供給源で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る地域エネルギー供給システムの第１実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。
図１に示すように、地域エネルギー供給システム１は、エネルギー供給源２と、エネルギー発生設備３とを主たる要素として構成されている。

エネルギー供給源２は、例えば、水素貯蔵タンク（低温液化ガス貯蔵タンク）４と、昇圧ポンプ５と、第１の熱交換器（以下「第１の蒸発器」という。）６と、ディスペンサ７と、第１の水素供給ライン（第１の低温液化ガス供給ライン）８とを備えた水素供給ステーションである。

水素貯蔵タンク４は、図示しないタンクローリ等の運搬手段により運ばれてきた液体水素（あるいはスラッシュ水素（スラッシュ状の水素：固体水素と液体水素とがシャーベット状に混合したものであり、液体水素に比べて密度が大きく、保有する寒冷量が大きいもの）を一時貯蔵しておくためのものであり、断熱真空層（図示せず）と、低温流体貯蔵槽（図示せず）とを備えている。
断熱真空槽は、その内部が真空とされ、かつ、その内面に、例えば、銅板等の輻射シールド板（図示せず）が貼られた容器であり、この断熱真空槽の内部には、低温流体貯蔵槽が収容されるようになっている。
低温流体貯蔵層は、その内部に、例えば、２０Ｋの液体水素を貯蔵するものである。そして、この低温流体貯蔵層の内部に貯蔵された液体水素は、下流側に位置する昇圧ポンプ５により第１の水素供給ライン８内に吸引されるようになっている。

昇圧ポンプ５は、第１の水素供給ライン８を介して水素貯蔵タンク４から流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる、例えば、ピストン式の昇圧機である。また、この昇圧ポンプ５は、消費電力が少なくてすむ（一般的なガス圧縮機の１０分の１程度である）ため、消費電力およびランニングコストを低減させることができる。
第１の蒸発器６は、昇圧ポンプ５から吐出された高圧の水素ガスを昇温（あるいは加熱）するものである。

ディスペンサ７は、その一端部にディスペンサ側カプラ９を有するディスペンサ側ホース１０が接続された水素ガス充填装置である。また、ディスペンサ側カプラ９は、車両（例えば、燃料電池自動車や水素エンジン自動車等）１１に搭載された車載タンク（図示せず）から延びる車載側ホース（図示せず）の一端部に取り付けられた車載側カプラ（図示せず）と接続可能（着脱可能）に構成されている。
第１の水素供給ライン８は、水素貯蔵タンク４と昇圧ポンプ５、昇圧ポンプ５と第１の蒸発器６、第１の蒸発器６とディスペンサ７とをそれぞれ連通（接続）している配管である。

エネルギー発生設備３は、例えば、マイクロガスタービン１２と、ガスエンジン１３と、燃料電池１４とを備えている。また、マイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４と、水素貯蔵タンク４の底部とは、第２の水素供給ライン（第２の低温液化ガス供給ライン）１５を介してそれぞれ連通（接続）されており、第２の水素供給ライン１５の途中には、第２の熱交換器（以下「第２の蒸発器」という。）１６が接続されている。さらに、マイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４と、第２の蒸発器１６とを連通する第２の水素供給ライン１５の途中と、水素貯蔵タンク４の頂部とは、第３の水素供給ライン（ボイルオフガス供給ライン）１７を介して連通（接続）されており、第３の水素供給ライン１７の途中には、必要に応じて開閉されるバルブ（開閉弁）１８が接続されている。

第２の水素供給ライン１５は、水素貯蔵タンク４の底部に貯蔵された液体水素を第２の蒸発器１６に導いた後、第２の蒸発器によりガス化（気化）された水素ガスをマイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４に供給する（導く）ための配管である。
第３の水素供給ライン１７は、水素貯蔵タンク４の上部に溜まった水素ガス（ボイルオフガス（ＢＯＧ））を第２の蒸発器１６の下流側に位置する第２の水素供給ライン１５に供給する（導く）ための配管である。そして、第３の水素供給ライン１７を通って第２の水素供給ライン１５に供給された水素ガスは、第２の蒸発器１６を通過した水素ガスとともに、マイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４に供給される。

マイクロガスタービン１２およびガスエンジン１３はそれぞれ、水素ガスを燃料として図示しない発電機を廻し、電気を発生させるものであり、マイクロガスタービン１２およびガスエンジン１３から排出された燃焼ガスは、図示しない排熱回収ボイラ等に送られ、その排熱は、蒸気を発生させるのに利用される。
燃料電池１４は、水素を燃料とし、酸素等を酸化剤として供給し続けることにより継続的に電気（電力）を取り出すことができる化学電池であり、化学反応により発生した熱は、排熱回収ボイラ等に供給される給水を温める等、蒸気を発生させるのに利用される。
また、排熱回収ボイラ等で発生した蒸気は、温水を作るのに利用されたり、ターボ冷凍機１９の圧縮機（図示せず）を回転させて、冷水を作るのに利用される。

本実施形態に係る地域エネルギー供給システム１によれば、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスの全てがエネルギー発生設備３で消費されることとなるので、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる。

本発明の第２実施形態に係る地域エネルギー供給システムについて、図２を参照しながら説明する。図２は本実施形態に係る本実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。
図２に示すように、本実施形態に係る地域エネルギー供給システム２１は、第１の蒸発器６および第２の蒸発器１６で回収された冷熱が冷水を作るのに利用され、ターボ冷凍機１９が構成要素から除外されているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

本実施形態に係る地域エネルギー供給システム２１によれば、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスの全てがエネルギー発生設備３で消費されることとなるので、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる。
また、第１の蒸発器６および第２の蒸発器１６で回収された冷熱が冷水を作るのに利用されることとなるので、低温液化ガスの利用効率をさらに向上させることができる。
さらに、ターボ冷凍機１９が不要となるので、設備費の低減化を図ることができる。

本発明の第３実施形態に係る地域エネルギー供給システムについて、図３を参照しながら説明する。図３は本実施形態に係る本実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。
図３に示すように、本実施形態に係る地域エネルギー供給システム３１は、エネルギー発生設備３が超伝導磁気エネルギー貯蔵（SMES：Superconducting Magnetic Energy Storage）装置３２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２は、電気エネルギーを高速で貯蔵・放出し、電力量を瞬時に調整する、液体水素の冷熱を利用した電力貯蔵装置である。また、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２は、水素貯蔵タンク４の底部と第２の蒸発器１６とを連通する第２の水素供給ライン１５の途中と、第２の蒸発器１６とマイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４とを連通する第２の水素供給ライン１５の途中とを連通する第４の水素供給ライン３３の途中に接続されている。そして、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２を通ることによりガス化された水素ガスは、第２の蒸発器１６を通過した水素ガスとともに、マイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４に供給される。

本実施形態に係る地域エネルギー供給システム３１によれば、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスの全てがエネルギー発生設備３で消費されることとなるので、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる。
また、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２により低温液化ガスの冷熱を利用して、電気エネルギーが貯えられることとなるので、低温液化ガスの利用効率をさらに向上させることができる。

本発明の第４実施形態に係る地域エネルギー供給システムについて、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る本実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。
図４に示すように、本実施形態に係る地域エネルギー供給システム４１は、エネルギー発生設備３がスターリングエンジン４２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

スターリングエンジン４２は、マイクロガスタービン１２およびガスエンジン１３から排出された燃焼ガスの排熱、燃料電池１４で化学反応により発生した熱と、第２の蒸発器１６で回収された冷熱とを利用して駆動される外燃機関である。そして、スターリングエンジン４２で得られた動力は、図示しない発電機を廻して電気を発生させたり、その他の図示しない機器を駆動するのに利用される。

本実施形態に係る地域エネルギー供給システム４１によれば、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスの全てがエネルギー発生設備３で消費されることとなるので、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる。
また、マイクロガスタービン１２およびガスエンジン１３から排出された燃焼ガスの排熱、燃料電池１４で化学反応により発生した熱と、第２の蒸発器１６で回収された冷熱とを利用してスターリングエンジン４２が駆動され、このスターリングエンジン４２で得られた動力が、例えば、発電機を廻すのに利用されることとなるので、低温液化ガスの利用効率をさらに向上させることができる。
さらに、第２の蒸発器１６で回収された冷熱を利用することにより、カルノー効率を上げることができて、スターリングエンジン４２を高効率で運転することができる。

本発明の第５実施形態に係る地域エネルギー供給システムについて、図５を参照しながら説明する。図５は本実施形態に係る本実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。
図５に示すように、本実施形態に係る地域エネルギー供給システム５１は、水素貯蔵タンク４の底部と第２の蒸発器１６とを連通する第２の水素供給ライン１５の途中と、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２とを連通する第４の水素供給ライン３３の途中にバルブ５２が接続され、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２と、第２の蒸発器１６とマイクロガスタービン１２、ガスエンジン１３、および燃料電池１４とを連通する第２の水素供給ライン１５の途中とを連通する第４の水素供給ライン３３の途中に第３の熱交換器（以下「第３の蒸発器」という。）５３および真空ポンプ５４が接続されているという点で上述した第３実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第３実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

本実施形態に係る地域エネルギー供給システム５１によれば、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスの全てがエネルギー発生設備３で消費されることとなるので、エネルギー供給源２で発生したボイルオフガスを全て有効に活用することができて、低温液化ガスの利用効率を向上させることができる。
また、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２内に過冷却状態（１４Ｋ程度）の液体水素が導かれることとなるので、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２内により良い磁場を形成させることができ、低温液化ガスの更なる有効利用となる。

なお、上述した実施形態では、水素貯蔵タンク４を備えた水素供給ステーションをエネルギー供給源２の一具体例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エネルギー供給源２は、液化天然ガス貯蔵タンクを備えた液化天然ガス供給ステーション等であってもよい。
また、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置３２は、病院等の核磁気共鳴（NMR：Nuclear Magnetic Resonance）装置に置き換えられる場合もある。

本発明の第１実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る地域エネルギー供給システムの概略構成図である。

符号の説明

１ 地域エネルギー供給システム
２ エネルギー供給源
３ エネルギー発生設備
４ 水素貯蔵タンク（低温液化ガス貯蔵タンク）
５ 昇圧ポンプ
８ 第１の水素供給ライン（第１の低温液化ガス供給ライン）
１１ 車両
１５ 第２の水素供給ライン（第２の低温液化ガス供給ライン）
１６ 第２の蒸発器（熱交換器）
１７ 第３の水素供給ライン（ボイルオフガス供給ライン）
２１ 地域エネルギー供給システム
３１ 地域エネルギー供給システム
３２ 超伝導磁気エネルギー貯蔵装置
４１ 地域エネルギー供給システム
４２ スターリングエンジン
５１ 地域エネルギー供給システム

Claims (6)

1. 低温液化ガスが貯蔵された低温液化ガス貯蔵タンクを備え、低温液化ガスを燃料として走行する車両に搭載される車載タンクに低温液化ガスを供給するためのエネルギー供給源と、
   前記低温液化ガスを燃料として駆動されるエネルギー発生設備と、
   前記低温液化ガス貯蔵タンク内で蒸発したボイルオフガスを前記エネルギー発生設備に導くボイルオフガス供給ラインとを備えていることを特徴とする地域エネルギー供給システム。
2. 前記低温液化ガス貯蔵タンク内の低温液化ガスを前記車載タンクに導く第１の低温液化ガス供給ラインを備え、この第１の低温液化ガス供給ラインの途中に、前記低温液化ガスを昇圧する昇圧ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地域エネルギー供給システム。
3. 前記低温液化ガス貯蔵タンク内の低温液化ガスを前記エネルギー発生設備に導く第２の低温液化ガス供給ラインを備え、この第２の低温液化ガス供給ラインの途中に、前記低温液化ガスをガス化させる熱交換器が設けられており、この熱交換器によって回収された冷熱が冷水を作るのに利用されることを特徴とする請求項１または２に記載の地域エネルギー供給システム。
4. 前記エネルギー発生設備が超伝導磁気エネルギー貯蔵装置を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の地域エネルギー供給システム。
5. 前記超伝導磁気エネルギー貯蔵装置に、過冷却状態の低温液化ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の地域エネルギー供給システム。
6. 前記エネルギー発生設備がスターリングエンジンを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の地域エネルギー供給システム。

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