JP2020118228A

JP2020118228A - 水素貯蔵システム

Info

Publication number: JP2020118228A
Application number: JP2019009907A
Authority: JP
Inventors: 育生大田; Ikuo Ota; 敦志真鶴; Atsushi Masatsuru; 宏弥中路; Hiroya Nakaji; 敦佐敷; Atsushi Sajiki; 佑理子高橋; Yuriko Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-08-06

Abstract

【課題】液体水素貯蔵容器において気化した水素ガスの供給の汎用性を高める。【解決手段】水素貯蔵システムは、液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵タンクと、液体水素貯蔵タンクと接続され、タンク内で気化した水素ガスをタンク外に導くガス導出系と、ガス導出系におけるガス排出ポートに接続され、水素ガスをガス排出ポートを経て導き入れて貯蔵する水素ガス貯蔵容器とを備える。この水素ガス貯蔵容器は、前記ガス排出ポートに対して着脱可能とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、水素貯蔵システムに関する。

水素は、水素ガスとして各種の消費機器、例えば、燃料電池や水素エンジン等に用いられている。そして、高効率での貯蔵を図る観点から、水素を液体として貯蔵するシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−１１０９９４号公報

特許文献１で提案された水素貯蔵システムは、液体水素貯蔵容器において気化した水素ガスを水素ガス貯蔵容器に貯蔵し、貯蔵した水素ガスを水素ガス消費機器に供給できる。しかしながら、水素ガス貯蔵容器に貯蔵した水素ガスの供給先は、水素貯蔵システムに付随した水素ガス消費機器に限られるため、水素ガス供給の汎用性が阻害されているのが実情である。こうしたことから、水素ガス供給の汎用性を高めることが要請されるに至った。

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、水素貯蔵システムが提供される。この水素貯蔵システムは、液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵タンクと、該液体水素貯蔵タンクと接続され、タンク内で気化した水素ガスをタンク外に導くガス導出系と、該ガス導出系におけるガス排出ポートに接続されて、前記水素ガスを前記ガス排出ポートを経て導き入れて貯蔵する水素ガス貯蔵容器とを備え、該水素ガス貯蔵容器は、前記ガス排出ポートに対して着脱可能とされている。この形態の水素貯蔵システムによれば、水素ガス貯蔵容器に貯蔵済みの水素ガスを、ガス排出ポートからの水素ガス貯蔵容器の離脱、および、システム外部の各種の水素ガス消費機器への水素ガス貯蔵容器の装着を経て、システム外部の各種の水素ガス消費機器に供給でき、ガス供給の汎用性が高まる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、水素ガスの供給方法等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態に係る水素貯蔵システムの概略構成を示す説明図である。

図１は、本発明の実施形態に係る水素貯蔵システム１０の概略構成を示す説明図である。水素貯蔵システム１０は、例えば、小売店、百貨店、コンビニエンスストア等の店舗に設置され、水素ガスを容器単位で供給する。

水素貯蔵システム１０は、液体水素貯蔵タンク１２と、ガス導出系２０と、水素ガス貯蔵容器４０とを備える。液体水素貯蔵タンク１２は、ステンレス鋼等の金属製タンクであり、店舗屋外、或いは店舗内の外壁近傍のタンク収容室に設置され、液体水素を貯蔵する。本実施形態の水素貯蔵システム１０は、液体水素貯蔵タンク１２を、直径が約２ｍで、液体水素を２３〜４７ｋＬ程度、満充填可能な円筒状タンクとして備え、液体水素貯蔵タンク１２は、長手方向が鉛直方向となるようにタンク収容室に設置されている。この液体水素貯蔵タンク１２は、鉛直方向の上部にタンク金具１３を備える。タンク金具１３は、タンクバルブ１４と、レセプタクル１５とを備える。タンクバルブ１４は、タンク金具１３において導出管路２１に組み込まれ、後述の水素ガス貯蔵タンク２８へのガス導出の際、および、後述の液体水素配送車４００による液体水素充填の際に、タンク金具１３内で導出管路２１を開放する。レセプタクル１５は、導出管路２１から分岐してタンク金具１３に収容され、液体水素貯蔵タンク１２の側からの水素ガスおよび液体水素の逆流を防止する逆止弁を有する。

ガス導出系２０は、上記した液体水素貯蔵タンク１２と接続され、タンク内で気化した水素ガスをタンク外に導くべく、液体水素貯蔵タンク１２におけるタンクバルブ１４と接続された導出管路２１を備える。そして、ガス導出系２０は、導出管路２１に、液体水素貯蔵タンク１２から管路下流に向かって、順に、ガス導出バルブ２５と、ガス圧縮機２７と、水素ガス貯蔵タンク２８と、ガス減圧機２９とを備え、導出管路２１の末端に、ガス排出ポート３０を備える。

ガス導出バルブ２５は、後述の水素ガス貯蔵タンク２８への水素ガス導出の際、タンクバルブ１４と共に、導出管路２１を開放する。また、以下に記す液体水素充填の際には、次のようになる。液体水素貯蔵タンク１２に貯蔵された液体水素は、水素ガスに気化した後に、後述の水素ガス貯蔵容器４０を介して各種の供給先に水素ガスとして供給される。よって、液体水素貯蔵タンク１２の液体水素貯蔵量は、次第に低減する。タンク内の液体水素貯蔵量が規定の充填必要量を下回ると、液体水素配送車４００から、液体水素貯蔵タンク１２に液体水素が新たに貯蔵され、液体水素貯蔵タンク１２は満充填となる。液体水素配送車４００は、水素貯蔵システム１０の設置店舗から水素供給元に電話やネット等で配送手配がなされると、水素貯蔵システム１０の設置店舗に向かう。そして、液体水素配送車４００の運転者は、車両搭載の液体水素タンクから延びたノズル４０１をレセプタクル１５に接続し、車両搭載の液体水素タンクから液体水素貯蔵タンク１２に液体水素を充填する。この際、タンクバルブ１４は、タンク金具１３において導出管路２１を開放し、ガス導出バルブ２５は、ガス導出系２０において導出管路２１を閉鎖する。

導出管路２１は、図示するように液体水素貯蔵タンク１２のタンク金具１３に対して、鉛直方向上方側から接続されている。そして、液体水素貯蔵タンク１２内で気化した水素ガスは、図示するように液体水素貯蔵タンク１２の鉛直方向上方側のタンク内上部領域に貯留される。よって、液体水素貯蔵タンク１２内で気化した水素ガスは、タンク内上部領域から円滑に導出管路２１に流れ込む。導出管路２１に流れ込んだ気化済み水素ガスは、ガス導出バルブ２５の管路開放状況下で、ガス圧縮機２７に達する。

ガス圧縮機２７は、導出管路２１を通過する水素ガスを、水素ガス貯蔵タンク２８が貯蔵する水素ガス圧、例えば７０ＭＰａ程度まで圧縮・加圧し、その加圧済み水素ガスを水素ガス貯蔵タンク２８に流入させる。このガス圧縮機２７によるガス圧縮の際、水素ガス貯蔵タンク２８より下流側のガス減圧機２９は、駆動を停止しており、水素ガス貯蔵タンク２８より下流側の導出管路２１を閉鎖している。

ガス減圧機２９は、水素ガス貯蔵タンク２８より下流側の導出管路２１を通過する水素ガスを、後述する各種の水素ガス消費機器が水素ガスを用いる際の水素ガス圧、例えば１０〜２０ＭＰａ程度まで減圧し、その減圧済み水素ガスをガス排出ポート３０に送り出す。

ガス排出ポート３０は、複数の雌型の排出カプラ３２を備え、それぞれの排出カプラ３２に導出管路２１を接続している。ガス排出ポート３０の排出カプラ３２には、水素ガス貯蔵容器４０が接続される。水素ガス貯蔵容器４０は、各種の水素ガス消費機器、例えば、図示する携帯電灯１００や携帯電話２００といった携帯型の水素ガス消費機器、或いは、電動自転車３００への水素ガス供給に用いられる中空容器である。この水素ガス貯蔵容器４０は、ガス排出ポート３０における排出カプラ３２に着脱される雄型の容器カプラ４２を備え、排出カプラ３２への容器カプラ４２の装着を経て、ガス排出ポート３０から容器内に１０〜２０ＭＰａの圧力の水素ガスを導き入れて貯蔵する。水素ガス貯蔵容器４０の容器カプラ４２とガス排出ポート３０の排出カプラ３２は、いわゆるクイックカプラーを構成することから、水素ガス貯蔵容器４０は、ガス排出ポート３０に対して着脱可能となる。なお、ガス排出ポート３０を、コンビニエンスストア等の店舗における適宜なガス販売域、例えばレジカウンター横やガス販売用架台に設置することができる。

携帯電灯１００等の水素ガス消費機器は、いずれも、水素ガスを消費して発電する燃料電池１１０と、水素ガス貯蔵容器４０の容器カプラ４２が装着される雌型の機器カプラ１１２と、燃料電池１１０に空気を供給する乾電池駆動式の空気供給機１２０とを備える。よって、排出カプラ３２への容器カプラ４２の装着を経て水素ガスを貯蔵済みの水素ガス貯蔵容器４０は、水素ガス消費機器の機器カプラ１１２に容器カプラ４２が装着されることで、水素ガス消費機器の燃料電池１１０に水素ガスを供給する。燃料電池１１０は、その後の発電スイッチの操作を受けて発電運転する。携帯電灯１００は、発光機器１３０を備え、燃料電池１１０の発電電力を発光機器１３０に給電して、発光機器１３０を発光させる。携帯電話２００は、音声やテキストデータ等の送受信を行う送受信機器２１０を備え、燃料電池１１０の発電電力を送受信機器２１０に給電して、送受信機器２１０により音声通話やデータ送受信を可能とする。電動自転車３００は、後輪車軸、或いはペダル車軸に補助動力用のモータ(図視略)を備え、燃料電池１１０の発電電力をモータに給電して、電動自転車３００の走行をモータ動力により補助する。

以上説明した本実施形態の水素貯蔵システム１０を設置した店舗等では、携帯電灯１００や携帯電話２００、電動自転車３００ごとのユーザーに、そのユーザーが有する水素ガス貯蔵容器４０に、ガス減圧機２９で減圧した規定の圧力で、水素ガスを充填することができる。よって、ユーザーは、水素ガス充填済みの水素ガス貯蔵容器４０をユーザー自身の携帯電灯１００等の水素ガス消費機器に装着して、携帯電灯１００であれは発光を、携帯電話２００であれば音声通話等を、電動自転車３００であれば動力補助を伴う自転車走行を、速やかに実施できる。換言すれば、本実施形態の水素貯蔵システム１０によると、水素ガス貯蔵容器４０に貯蔵済みの水素ガスを、ガス排出ポート３０からの水素ガス貯蔵容器４０の離脱、および、水素貯蔵システム１０外部の携帯電灯１００等の各種の水素ガス消費機器への水素ガス貯蔵容器４０の装着を経て、システム外部の各種の水素ガス消費機器に供給でき、ガス供給の汎用性が高まる。

本実施形態の水素貯蔵システム１０は、液体水素貯蔵タンク１２で気化した水素ガスを供給するので、液体水素貯蔵タンク１２での気化水素ガスの有効利用を図ることができる。また、液体水素から水素ガスへの気化機構が不要となる。

本実施形態の水素貯蔵システム１０を自転車シェアステーションに設置すれば、貸出対象の電動自転車３００を、自転車シェアステーション保有の水素ガス貯蔵容器４０を用いた動力補助走行が可能な電動自転車とできる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

本実施形態の水素貯蔵システム１０では、水素ガス貯蔵容器４０を、水素ガスをそのまま貯蔵する中空容器としたが、水素貯蔵合金を容器内に収容して、その水素貯蔵合金に水素を貯蔵する容器としてもよい。また、水素ガスの溶解保持が可能な溶液、例えばエタノールを収容済みの水素ガス貯蔵容器としてもよい。

本実施形態の水素貯蔵システム１０では、ガス排出ポート３０を介した水素ガス貯蔵容器４０への水素ガス供給を行うが、次のような水素ガス供給も可能である。追加構成として、水素ガス貯蔵タンク２８に、高圧の水素ガス供給用のガス供給系を設ける。そして、このガス供給系を備える水素貯蔵システム１０を高圧ガスの取扱いが可能な店舗に設置し、店舗に乗り付けた燃料電池搭載車両の高圧ガスタンクに、水素ガス貯蔵タンク２８で高圧に昇圧済みの水素ガスを供給するようにしてもよい。

１０…水素貯蔵システム、１２…液体水素貯蔵タンク、１３…タンク金具、１４…タンクバルブ、１５…レセプタクル、２０…ガス導出系、２１…導出管路、２５…ガス導出バルブ、２７…ガス圧縮機、２８…水素ガス貯蔵タンク、２９…ガス減圧機、３０…ガス排出ポート、３２…排出カプラ、４０…水素ガス貯蔵容器、４２…容器カプラ、１００…携帯電灯、１１０…燃料電池、１１２…機器カプラ、１２０…空気供給機、１３０…発光機器、２００…携帯電話、２１０…送受信機器、３００…電動自転車、４００…液体水素配送車、４０１…ノズル

Claims

水素貯蔵システムであって、
液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵タンクと、
該液体水素貯蔵タンクと接続され、タンク内で気化した水素ガスをタンク外に導くガス導出系と、
該ガス導出系におけるガス排出ポートに接続されて、前記水素ガスを前記ガス排出ポートを経て導き入れて貯蔵する水素ガス貯蔵容器とを備え、
該水素ガス貯蔵容器は、前記ガス排出ポートに対して着脱可能とされている、
水素貯蔵システム。