JP2016183684A - 水素ステーション - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機6を用いる。接続切換装置(開閉弁21、23、25、27)により、圧縮機6の入口側に水素トレーラ1を配管接続し、圧縮機6の出口側に貯蔵用容器2を配管接続する第1の接続形態、及び、圧縮機6の入口側に貯蔵用容器2を配管接続し、圧縮機6の出口側に蓄圧器3を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする。前記第1の接続形態と前記第2の接続形態とで、可変段圧縮機6の圧縮段数を変化させる。
【選択図】 図1
Description
そして、特許文献1に開示の水素ステーションでは、水素発生装置又は水素カードルからの水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に供給する際に、水素発生装置からの低圧の水素を圧縮する場合は、水素を多段圧縮機の初段に供給し、水素カードルからの中圧の水素を圧縮する場合は、水素を多段圧縮機の中間段に供給することで、可変段で圧縮している。
具体的には、前記第1の接続形態では、前記第2の接続形態と比べ、前記可変段圧縮機の圧縮段数を小さくする。
図1は本発明の第1実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。
蓄圧器3へは、ディスペンサー4によるFCV5への充填ごと、又は蓄圧器3内の水素が所定量消費されるごとなどに、貯蔵用容器2から供給される水素を圧縮して充填する。
ここで、貯蔵用容器2への圧縮充填、及び、蓄圧器3への圧縮充填のため、単一の可変段圧縮機6が用いられる。
可変段圧縮機6は、具体的には、中央のクランク式回転駆動部10の回りに半径方向に放射状に第1〜第5シリンダ11〜15を有し、各シリンダ11〜15内にはクランク式回転駆動部10のクランク軸により駆動されて往復動するピストン(図示せず)を有している。そして、各シリンダ11〜15のシリンダヘッドとピストンとの間にポンプ室(図示せず)が形成され、各ポンプ室には吸入ポートa1〜a5と吐出ポートb1〜b5とが設けられている。尚、吸入ポートa1〜a5及び吐出ポートb1〜b5にはそれぞれ一方向弁(図示せず)が装着されている。
この5段の圧縮機は、第1シリンダ11の吸入ポートa1から水素を吸入し、5段で圧縮して、第5シリンダ15の吐出ポートb5から吐出する。
4段の圧縮機として使用する場合は、4段用吸入通路e2及び切換弁d2を用いて、第2シリンダ12の吸入ポートa2から水素を吸入し、4段で圧縮して、第5シリンダ15の吐出ポートb5から吐出する。この場合、使用しない圧縮段(第1シリンダ11)については、負荷をより低減するように、吸入側と吐出側とを連通させるなどするとよい。
従って、水素トレーラ1は、開閉弁21、減圧弁22を介して、可変段圧縮機6の4段用吸入通路e2(第2シリンダ12の吸入ポートa2)に接続される。減圧弁22の減圧圧力は例えば0.6MPaに設定される。
制御装置30は、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時に、開閉弁21、25を開き、切換弁d2を4段用吸入通路e2と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁23、27は閉状態に保持される。
制御装置30は、また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、開閉弁23、27を開き、切換弁d2を第1シリンダ11の吐出ポートb1と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁21、25は閉状態に保持される。
また、前記第1の接続形態と前記第2の接続形態とで、可変段圧縮機6の圧縮段数を変化させる。具体的には、前記第1の接続形態では、前記第2の接続形態と比べ、可変段圧縮機6の圧縮段数を小さくする。
水素トレーラ1が到着すると、水素トレーラ1は荷卸しのためカップリング20に接続される。このとき、制御装置30によって、開閉弁21、25が開き、切換弁d2は4段用吸入通路e2と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通する位置に切換えられる。尚、開閉弁23、27は閉じている。
蓄圧器3内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー4により、FCV5に差圧充填される。
4段の圧縮機として使用する場合は、第1シリンダ11の吸入ポートa1から水素を吸入し、4段で圧縮して、第4シリンダ14の吐出ポートb4から、切換弁f4及び4段用吐出通路g4を用いて、吐出する。
従って、水素トレーラ1は、開閉弁21、減圧弁22を介して、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1に接続される。減圧弁22の減圧圧力は例えば0.6MPaに設定される。
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5からの出口配管は、開閉弁27、減圧弁28を介して、蓄圧器3の入口側に接続される。減圧弁28の減圧圧力は蓄圧器3の要求圧力に応じて例えば82MPaに設定される。
制御装置30は、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時に、開閉弁21、25を開き、切換弁f4を第4シリンダ14の吐出ポートb4と4段用吐出通路g4とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁23、27は閉状態に保持される。
制御装置30は、また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、開閉弁23、27を開き、切換弁f4を第4シリンダ14の吐出ポートb4と第5シリンダ15の吸入ポートa5とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁21、25は閉状態に保持される。
水素トレーラ1が到着すると、水素トレーラ1は荷卸しのためカップリング20に接続される。このとき、制御装置30によって、開閉弁21、25が開き、切換弁f4は第4シリンダ14の吐出ポートb4と4段用吐出通路g4とを連通する位置に切換えられる。尚、開閉弁23、27は閉じている。
蓄圧器3内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー4により、FCV5に差圧充填される。
また、圧縮機6の第3シリンダ13の吸入ポートa3への連通路c2に切換弁d3を設けて、3段用吸入通路e3を接続することで、3段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機6の第4シリンダ14の吸入ポートa4への連通路c3に切換弁d4を設けて、2段用吸入通路e4を接続することで、2段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機6の第5シリンダ14の吸入ポートa5への連通路c4に切換弁d5を設けて、1段用吸入通路e5を接続することで、1段の圧縮機を構成可能としている。
そして、各減圧弁52〜55(各開閉弁42〜45)の下流側は、可変段圧縮機6の第2〜第5シリンダ12〜15の吸入ポートa2〜a5に切換弁d2〜d5を介してつながる4段〜1段用吸入通路e2〜e5(又はその一方の分岐路)に接続されている。
減圧弁52の減圧圧力は例えば0.6MPa、減圧弁53の減圧圧力は例えば1.8MPa、減圧弁54の減圧圧力は例えば5.4MPa、減圧弁55の減圧圧力は例えば16.2MPaに設定される。但し、減圧弁52〜55は省略可能である。
そして、減圧弁71(開閉弁61)の下流側は、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1に直接接続され、減圧弁72、73(開閉弁62、63)の下流側は、可変段圧縮機6の第2、第3シリンダ12、13の吸入ポートa2、a3に切換弁d2、d3を介してつながる4段、3段用吸入通路e2、e3の他方の分岐路に接続されている。
減圧弁71の減圧圧力は例えば0.6MPa、減圧弁72の減圧圧力は例えば1.8MPa、減圧弁73の減圧圧力は例えば5.4MPaに設定される。但し、減圧弁71〜73は省略可能である。
圧力センサ31は、第1の圧力検出装置として、水素トレーラ1内の水素の圧力を検出する。圧力センサ32は、第2の圧力検出装置として、貯蔵用容器2内の水素の圧力を検出する。これらの圧力センサ31、32の検出信号は制御装置30に入力される。
制御装置30は、また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、開閉弁23、27を開くと共に、圧力センサ32により検出される貯蔵用容器2内の水素圧力に応じて、目標とする82MPa以上の圧縮後圧力を得るように、圧縮段数を定めて、開閉弁61〜63のいずれか1つを選択的に開く。開閉弁62又は63を開いた場合は、これと同時に、対応する切換弁d2又はd3を選択的に切換える。このとき、開閉弁21、25は閉状態に保持される。
開閉弁71〜73は、貯蔵用容器2内の圧力に応じて、前記第2の圧縮手段として使用するときの可変段圧縮機6の圧縮段数を変化させる第2の圧縮段数制御装置に相当する。
水素トレーラ1が到着すると、水素トレーラ1は荷卸しのためカップリング20に接続される。このとき、制御装置30によって、開閉弁21、25が開く。開閉弁23、27は閉じている。
また、制御装置30によって、圧力センサ31の信号に基づいて、水素トレーラ1内の圧力が検出され、これに応じて、開閉弁42〜45のいずれか1つが選択的に開く。また、対応する切換弁d2〜d5が選択的に切換えられる。
また、制御装置30によって、圧力センサ32の信号に基づいて、貯蔵用容器2内の圧力が検出され、これに応じて、開閉弁61〜63のいずれか1つが選択的に開く。また、開閉弁62又は63が開く場合は、対応する切換弁d2又はd3が切換えられる。
蓄圧器3内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー4により、FCV5に差圧充填される。
また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、貯蔵用容器2内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができる。
また、圧縮機6の前段で減圧弁42〜45、71〜73を用いるとしても、調整用であり、大幅な減圧をするものではないので、エネルギーロスを低減することができる。
また、第3実施形態(図3)では、圧縮段数を小さくする際に、第1実施形態(図1)と同様、圧縮前の水素を第1圧縮段(第1シリンダ11)より後段に吸入可能とするようにしたが、第2実施形態(図2)と同様に、圧縮後の水素を最終圧縮段(第5シリンダ15)より前段から吐出可能とするようにしてもよい。
2 貯蔵用容器
3 蓄圧器
4 ディスペンサー
5 燃料電池自動車(FCV)
6 可変段圧縮機
10 クランク式回転駆動部
11〜15 シリンダ
a1〜a5 吸入ポート
b1〜b5 吐出ポート
c1〜c4 連通路
d2〜d5 切換弁
e2〜e5 4段〜1段用吸入通路
f4 切換弁
g4 4段用吐出通路
20 カップリング
21、23、25、27 開閉弁
22、24、26、28 減圧弁
30 制御装置
31、32 圧力センサ
42〜45、62〜63 開閉弁
52〜55、71〜73 減圧弁
Claims (7)
- 水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填する第1の圧縮手段と、前記水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する第2の圧縮手段と、を備える水素ステーションであって、
前記第1及び第2の圧縮手段は、
複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、
前記可変段圧縮機を前記第1の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第1の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第2の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、
を含んで構成され、
前記第1の接続形態と前記第2の接続形態とで、前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させることを特徴とする、水素ステーション。 - 前記第1の接続形態では、前記第2の接続形態と比べ、前記可変段圧縮機の圧縮段数を小さくすることを特徴とする、請求項1記載の水素ステーション。
- 前記水素輸送容器から前記可変段圧縮機への入口配管、及び、前記水素貯蔵用容器から前記可変段圧縮機への入口配管のそれぞれに、前記可変段圧縮機の入口側要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁を有することを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の水素ステーション。
- 水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填する第1の圧縮手段と、前記水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する第2の圧縮手段と、を備える水素ステーションであって、
前記第1及び第2の圧縮手段は、
複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、
前記可変段圧縮機を前記第1の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第1の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第2の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、
前記水素輸送用容器内の圧力を検出する第1の圧力検出装置と、
前記水素貯蔵用容器内の圧力を検出する第2の圧力検出装置と、
前記水素輸送用容器内の圧力に応じて、前記第1の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第1の圧縮段数制御装置と、
前記水素貯蔵用容器内の圧力に応じて、前記第2の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第2の圧縮段数制御装置と、
を含んで構成されることを特徴とする、水素ステーション。 - 前記可変段圧縮機は、圧縮前の水素を第1圧縮段又は第1圧縮段より後段に選択的に吸入可能に構成したことを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の水素ステーション。
- 前記可変段圧縮機は、圧縮後の水素を最終圧縮段又は最終圧縮段より前段から選択的に吐出可能に構成したことを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の水素ステーション。
- 前記可変段圧縮機から前記水素貯蔵用容器への出口配管、及び、前記可変段圧縮機から前記蓄圧器への出口配管のそれぞれに、前記水素貯蔵用容器及び前記蓄圧器の要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁を有することを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の水素ステーション。
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JP2021173332A (ja) * | 2020-04-24 | 2021-11-01 | 東京瓦斯株式会社 | 水素ステーション |
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