JP2020133777A - 水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を搭載した車両が、生成水を周囲に排出して、道路および道路の周辺の環境に影響を与える事態の発生を抑制する。【解決手段】この水素ステーションは、水素を保持する水素保持部と、前記水素保持部が保持する水素を、燃料電池を備えた車両に供給する水素供給部と、前記燃料電池から排出された水を、前記車両から受け取る水受領部と、前記車両のユーザに商品とサービスの少なくとも一方を提供する店舗部であって、前記水受領部が受領した水を利用する店舗部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池が排出する水を有効利用する水素ステーションに関する。

従来、酸素と水素の反応によって、電力を発生させる燃料電池が開発されている(特許文献１)。そのような燃料電池においては、酸素と水素の反応によって、水が生成される。特許文献１の技術においては、燃料電池は車両に搭載され、燃料電池の排ガスに含まれる水分は、燃料電池の下方に設けられた排出ポートから、車両の外部に排出される。

特開平１１−２０４１２６号公報

たとえば、渋滞が多発する道路区間において、多数の燃料電池車両がその道路区間に存在した場合、それらの燃料電池車両が路上に排水を行うため、常に路面が濡れた状態となる可能性がある。その結果、冬季には路面が凍結する可能性がある。また、常に路面が濡れた状態とならない場合であっても、渋滞が多発する道路区間においては、排水によって空気中の湿度が高くなり、周囲が不快な環境になる可能性がある。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、水素ステーションが提供される。この水素ステーションは、水素を保持する水素保持部と、前記水素保持部が保持する水素を、燃料電池を備えた車両に供給する水素供給部と、前記燃料電池から排出された水を、前記車両から受け取る水受領部と、前記車両のユーザに商品とサービスの少なくとも一方を提供する店舗部であって、前記水受領部が受領した水を利用する店舗部と、を備える。
このような態様においては、燃料電池を備えた車両が水素の供給を受けるために訪問する水素ステーションが、車両の燃料電池が生成した水を回収して、その水を有効活用する。このため、燃料電池を搭載した車両が、生成水を周囲に排出して、道路および道路の周辺の環境に影響を与える事態の発生を抑制することができる。

本開示は、水素ステーション以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、水保持装置を備えた燃料電池車両、水素ステーションを含む水素供給システム、水素ステーションの運営方法、水保持装置を備えた燃料電池車両の制御方法、水素供給システムの制御方法、それらの方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

本実施形態の水素供給システムを示す説明図である。

Ａ．実施形態：
（１）水素供給システムの構成：
図１は、本実施形態の水素供給システムを示す説明図である。この水素供給システムは、水素ステーション２００と、水素ガス生成施設５００と、水素配送車両５５０と、を備える。

水素ステーション２００は、燃料電池車両である水素自動車４００に水素を供給する施設である。水素ステーション２００は、より具体的には、水素自動車４００に水素を供給する機能を備えたカフェである。水素ステーション２００は、店舗の建物２０１、水素製造装置２０２、水素ガス保持装置２０４、液体水素保持装置２０５、燃料電池装置２０６、蓄電装置２０７、電力インターフェイス２０８、水素ガス供給装置２０９、水受領装置２１１、および水貯蔵タンク２１２、を備える。

建物２０１は、カフェとしての機能を有する。建物２０１内において、水素自動車４００および電気自動車４５０のユーザを含むユーザに商品およびサービスが提供される。建物２０１は、上下水道、空調設備、調理設備、および倉庫を備える。建物２０１の内部では、上水道および調理設備を使用して商品が調理されて、顧客に提供される。顧客は、空調設備によって温度が調節された建物２０１内の顧客スペースにおいて、調理された商品を飲食する。商品の材料は、温度調節機能を備えた倉庫に、それぞれの材料に適した温度で保存されている。

水素製造装置２０２は、電力を使用して水を電気分解することにより、水素ガスＨｇ１を生成する装置である。水素製造装置２０２は、上水道から供給される水に加えて、水受領装置２１１が水素自動車４００から受領し、水貯蔵タンク２１２内に蓄えている水も、電気分解に使用することができる。

水素ガス保持装置２０４は、水素製造装置２０２によって生成された水素ガスＨｇ１を含む水素ガスを保持するタンクである。水素ガス保持装置２０４は、最大で約８２ＭＰａの圧力で、３００リットルの水素ガスを保持することができる。

液体水素保持装置２０５は、水素ステーション２００の外部から液体水素を供給されて、液体水素を保持することができるタンクである。液体水素保持装置２０５は、保持している液体水素を気化させて、その水素ガスＨｇ４を水素ガス保持装置２０４に供給することができる。液体水素保持装置２０５内に保持されていた液体水素は、水素ガスＨｇ４，Ｈｇ２として、水素ガス保持装置２０４を介して、間接的に燃料電池装置２０６に供給される。

水素ステーション２００が液体水素保持装置２０５を備えることにより、水素ステーション２００の外部から供給される液体の水素を利用して、水素ステーション２００は、燃料電池装置２０６による発電を安定して行うことができる。

燃料電池装置２０６は、水素ガス保持装置２０４から気体の水素Ｈｇ２を供給されて、水素を使用して電力を発生させる。蓄電装置２０７は、燃料電池装置２０６によって発生された電力を蓄える。蓄電装置２０７は、具体的には、リチウムイオン電池である。

電力インターフェイス２０８は、受け取った電力の電圧および電流を変化させることができる電力制御装置である。電力インターフェイス２０８は、蓄電装置２０７に蓄えられた電力を、水素ステーション２００の外部に供給することができる。電力インターフェイス２０８が電力ＥＰ２３を供給する対象は、具体的には、電気自動車４５０である。

水素ガス供給装置２０９は、水素ガス保持装置２０４が保持する水素ガスを、水素ステーション２００の外部に供給することができる。水素ガス供給装置２０９が水素ガスを供給する対象は、具体的には、水素自動車４００である。水素ガス供給装置２０９から水素自動車４００に供給される水素ガスを、水素ガスＨｇ３として示す。

水受領装置２１１は、水素自動車４００から水Ｗ４を受け取り、その水Ｗ４から不純物を除いて、水貯蔵タンク２１２に供給することができる。水受領装置２１１が水素自動車４００から供給される水Ｗ４は、水素自動車４００において燃料電池装置４０６による発電の結果、生成され、燃料電池装置４０６から排出された水である。

水貯蔵タンク２１２は、水受領装置２１１によって受領された水を蓄えるタンクである。水貯蔵タンク２１２が蓄えている水は、店舗の建物２０１において、飲料水、ならびに手洗い用の水や水洗トイレ用の水などの生活水として、使用される。

水素ガス生成施設５００は、本実施形態において、製鉄所である。水素ガス生成施設５００は、高炉５０１と、水素製造装置５０２と、液体水素保持装置５０５とを有する。高炉５０１においては、コークスによって鉄鉱石が加熱され、銑鉄が取り出される。水素製造装置５０２は、コークス炉である。コークス炉においては、石炭が乾留されてコークスが製造される。コークスは、高炉５０１において使用される。水素製造装置５０２としてのコークス炉は、コークスを製造する際に発生するガスから水素を取りだす。液体水素保持装置５０５は、水素製造装置５０２によって生成された水素を、液体水素として蓄えるタンクである。

水素配送車両５５０は、水素ガス生成施設５００の液体水素保持装置５０５内の液体水素Ｈｒを受け取って、水素ステーション２００の液体水素保持装置２０５に配送する。

水素自動車４００は、燃料電池を備え、水素を使用して走行する車両である。水素自動車４００は、水素ガス保持装置４０４、燃料電池装置４０６、および水貯蔵タンク４１２を備える。水素ガス保持装置４０４は、水素ガスを蓄えるタンクである。水素ガス保持装置４０４は、最大で約７０ＭＰａの圧力で、約１３０リットルの水素ガスを保持することができる。

燃料電池装置４０６は、水素ガス保持装置４０４から気体の水素を供給されて、水素を使用して電力を発生させる。燃料電池装置４０６は、より具体的には、水素ガス保持装置４０４から得た水素と、大気から得た酸素とを反応させて、発電を行う。その際、水素と酸素が反応して水が生成される。生成された水は、回収され、水貯蔵タンク４１２に貯蔵される。水素自動車４００は、燃料電池装置４０６が発生させた電力を使用して、図示しない電気モータにより走行する。

電気自動車４５０は、電力によって走行する車両である。電気自動車４５０は、蓄電装置４５７を備える。蓄電装置４５７は、電気自動車４５０の外部から電力を供給されて、その電力を蓄える。蓄電装置４５７は、具体的には、リチウムイオン電池である。電気自動車４５０は、蓄電装置４５７が保持している電力を使用して、図示しない電気モータにより走行する。

（２）水素ステーションにおける水の消費：
水素ステーション２００においては、燃料電池装置２０６で発電された電力を使用して、店舗の建物２０１の空調、倉庫内の温度の調節、および建物２０１内における食品の調理が行われる。また、水素ステーション２００においては、上水道から供給される水に加えて、水受領装置２１１が水素自動車４００から受領し、水貯蔵タンク２１２内に蓄えている水も、コーヒーなどの飲料および食品の調理、手洗い、トイレの排水などに使用される。

本実施形態の水素供給システムによれば、水素自動車４００が水素の供給を受けるために訪問する水素ステーション２００が、水素自動車４００の燃料電池装置４０６が生成した水Ｗ４を受領して、有効活用することができる。このため、燃料電池装置４０６を搭載した水素自動車４００が、生成水Ｗ４を周囲に排出することにより、道路および道路の周辺の環境に影響を与える事態の発生を抑制することができる。

日本においては、高圧で水素ガスを貯蔵する水素ガス保持装置４０４に水素を充填する作業は、そのための資格を有する者によって行われる必要がある。このため、水素自動車４００のユーザは、水素自動車４００の水素ガス保持装置４０４への水素の充填が完了されるまで、待機することになる。

また、水素ガス保持装置２０４内のガスが減少し、水素自動車４００の水素ガス保持装置４０４に水素ガスを満充填した際の圧力よりも水素ガス保持装置２０４内のガスの圧力が低下した場合、水素ガス保持装置２０４内のガスを圧縮して、水素自動車４００の水素ガス保持装置４０４に供給する必要がある。そのような場合には、水素ガス保持装置２０４内に水素ガスが十分ある場合に比べて、より充填に時間を要する。

しかし、本実施形態の水素供給システムによれば、水素自動車４００のユーザは、水素ガス保持装置４０４への水素の充填が完了されるまでの間、カフェで充実した時間を過ごすことができる。

一方、水素ステーション２００は、カフェの建物２０１が併設されていない水素ステーションに比べて、ユーザにとって上記の魅力がある、このため、水素ステーション２００の経営者は、カフェが併設されていない水素ステーションに比べて、水素ステーション２００がより多く利用されることを期待できる。

電気自動車４５０の蓄電装置４５７への充電は、同程度の走行が可能となる量の水素を水素自動車４００の水素ガス保持装置４０４に充填する場合に比べて、より長い時間を要する。このため、電気自動車４５０のユーザは、電気自動車４５０の蓄電装置４５７への充電が完了されるまで、水素自動車４００のユーザに比べてより長い時間、待機することになる。

また、１台の電気自動車４５０への充電に長時間を要するため、電力インターフェイス２０８を占有している先行する電気自動車４５０への充電が完了するまで、電気自動車４５０のユーザは、待機しなければならない場合もある。

しかし、本実施形態の水素供給システムによれば、電気自動車４５０のユーザは、電気自動車４５０の蓄電装置４５７への充電が完了されるまでの間、カフェで充実した時間を過ごすことができる。

本実施形態においては、水素自動車４００の燃料電池装置４０６による生成水Ｗ４の回収と、水素自動車４００の水素ガス保持装置４０４への水素ガスの充填とが、一つの水素ステーション２００で実施される。このため、ユーザは、生成水Ｗ４を排出するためだけに、専用の設備を訪問する必要がない。このため、本実施形態によれば、生成水Ｗ４の回収を促進できる。また、ユーザは、水素ステーション２００を利用する際に店舗を利用することによって、水素自動車４００の生成水が有効活用されていることを、実感することができる。

本実施形態における水素ガス保持装置２０４および液体水素保持装置２０５を「水素保持部」とも呼ぶ。燃料電池装置４０６を「燃料電池」とも呼ぶ。水素自動車４００を「車両」とも呼ぶ。水素ガス供給装置２０９を「水素供給部」とも呼ぶ。水受領装置２１１を「水受領部」とも呼ぶ。店舗の建物２０１を「店舗部」とも呼ぶ。

Ｂ．他の実施形態：
（１）上記実施形態においては、水素ステーション２００は、水素ガス保持装置２０４および液体水素保持装置２０５を備える。しかし、水素ステーションは、水素ガス保持装置および液体水素保持装置のうちの一方のみを備える態様とすることもできる。液体水素保持装置を備え、水素ガス保持装置を備えない水素ステーションは、液体水素保持装置内の液体水素を気化させる装置を備えることが好ましい。

（２）上記実施形態においては、水素ステーション２００は、水素製造装置２０２を備える。しかし、水素ステーションは、水素製造装置を備えない態様とすることもできる。

（３）上記実施形態においては、水素ステーション２００は、燃料電池装置２０６、蓄電装置２０７、および電力インターフェイス２０８を備える。しかし、水素ステーションは、水素ステーションは、燃料電池装置、蓄電装置、および電力インターフェイスを備えない態様とすることもできる。

（４）上記実施形態においては、水素製造装置２０２は、上水道から供給される水に加えて、水受領装置２１１が水素自動車４００から受領し、水貯蔵タンク２１２内に蓄えている水も、電気分解に使用することができる。水素ステーションは、さらに、店舗の建物２０１からの排水を浄化する浄化設備を備えてもよい。そして、浄化後の排水が水素製造装置における電気分解に使用されてもよい。

（５）上記実施形態においては、燃料電池装置２０６は、水素ガス保持装置２０４から気体の水素Ｈｇ２を供給されて、水素を使用して電力を発生させる。水素ステーション２００は、液体水素保持装置２０５において、保持されている液体水素が自然に気化した、いわゆるボイルオフ分の水素のみを回収するタンクを備えてもよい。そして、（ｉ）定常状態においては、燃料電池装置２０６は、そのタンク内の水素のみを使用して、発電を行い、（ｉｉ）店舗の建物２０１など水素ステーション２００の各設備で消費される電力に対して、蓄電装置２０７および燃料電池装置２０６から供給される電力が不足した場合のみ、燃料電池装置２０６は、水素ガス保持装置２０４から気体の水素Ｈｇ２を供給されて、発電を行ってもよい。

（６）上記実施形態においては、水素ステーション２００は、燃料電池車両に水素を供給する機能を備えたカフェである。しかし、水素ステーションは、燃料電池車両に水素を供給する機能を備えたコンビニエンスストア、ドラッグストアなど、他の形態の店舗であってもよい。

（７）上記実施形態においては、水素ステーション２００は、カフェとしての機能を有する店舗の建物２０１を備える。建物２０１には、水素ガス供給装置２０９を操作して水素自動車４００への水素の充填を行うスタッフの控え室が設けられていてもよい。また、水素自動車４００への水素の充填を行うスタッフの控え室は、建物２０１とは別に設けられていてもよい。

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。

２００…水素ステーション、２０１…建物、２０２…水素製造装置、２０４…水素ガス保持装置、２０５…液体水素保持装置、２０６…燃料電池装置、２０７…蓄電装置、２０８…電力インターフェイス、２０９…水素ガス供給装置、２１１…水受領装置、２１２…水貯蔵タンク、４００…水素自動車、４０４…水素ガス保持装置、４０６…燃料電池装置、４１２…水貯蔵タンク、４５０…電気自動車、４５７…蓄電装置、５００…水素ガス生成施設、５０１…高炉、５０２…水素製造装置、５０５…液体水素保持装置、５５０…水素配送車両、ＥＰ２３…電気自動車に供給される電力、Ｈｇ１〜Ｈｇ４…水素ガス、Ｈｒ…液体水素、Ｗ４…水

Claims (1)

1. 水素を保持する水素保持部と、
   前記水素保持部が保持する水素を、燃料電池を備えた車両に供給する水素供給部と、
   前記燃料電池から排出された水を、前記車両から受け取る水受領部と、
   前記車両のユーザに商品とサービスの少なくとも一方を提供する店舗部であって、前記水受領部が受領した水を利用する店舗部と、を備える、水素ステーション。

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