JP2021169852A

JP2021169852A - 水素収容装置及び水素輸送方法

Info

Publication number: JP2021169852A
Application number: JP2020073792A
Authority: JP
Inventors: 弘道尾平; Hiromichi Ohira; 千歳中尾; Chitose NAKAO; 智長野; Satoshi Nagano; 健太大類; Kenta Orui
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-10-28

Abstract

【課題】従来に較べて水素の輸送コストの低減を図ることのできる水素収容装置及び水素輸送方法を提供する。【解決手段】金属又は樹脂製の内側容器と、前記内側容器の周囲を包むように配設された炭素繊維層とを有する容器本体と、前記容器本体の周囲を囲むように、かつ、前記容器本体の下端部より下側に突出するように前記容器本体に固着された略円筒状の筒状部材とを具備し、前記筒状部材の下端側を支持部として立設状態に載置可能とされている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水素収容装置及び水素輸送方法に関する。

水素は、燃料電池による発電のための原料、ＦＣＶ等の燃料等として使用することができるので、その供給コストを低減し、石油等の化石燃料に代替させてＣＯ_２の発生を低減することが考えられている。

水素の製造施設から、水素の消費施設まで水素を輸送する場合、これらが近くの場合は、両者間にパイプラインを設置して水素を輸送することができる。一方、水素の製造施設から、遠方の水素の消費施設に水素を輸送する場合、従来はカードル容器と呼ばれる大型の容器に水素を充填し、大型のトラック等で輸送することが行われている。このカードル容器は、複数の水素ボンベを束ねたような形状とされており、その重量は、例えば、約２トン程度等となっている。このため、カードル容器のトラック等への積み降ろしや設置には、フォークリフトやクレーン等を使用している。このように重量の重いカードル容器であっても、充填できる水素の量は、例えば３００ｍ^３（リューベ）程度である。また、トラック等で輸送する際は、専用便での輸送となるケースが多い。

特開２００８−２０２６１９号公報

しかしながら、上記のようにカードル容器を用いて水素を輸送する場合、水素の輸送コストが高くなり、水素の製造コストに比べて輸送コストの占める割合が多くなって、結果的に水素の販売価格が高くなり、水素の普及を妨げる一因となっていた。

本発明は、従来に較べて水素の輸送コストの低減を図ることのできる水素収容装置及び水素輸送方法を提供することを目的とする。

実施形態の水素収容装置は、金属又は樹脂製の内側容器と、前記内側容器の周囲を包むように配設された炭素繊維層とを有する容器本体と、前記容器本体の周囲を囲むように、かつ、前記容器本体の下端部より下側に突出するように前記容器本体に固着された略円筒状の筒状部材とを具備し、前記筒状部材の下端側を支持部として立設状態に載置可能とされている。

第１実施形態の水素収容装置の全体概略構成を示す斜視図。図１の第１実施形態の水素収容装置の横断面構成を示す図。容器本体と筒状部材との取り付けの例を示す図。容器本体と筒状部材との取り付けの他の例を示す図。容器本体と筒状部材との取り付けのさらに他の例を示す図。筒状部材の底部の構成例を示す図。第２実施形態の水素収容装置の全体概略構成を示す斜視図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、第１実施形態の水素収容装置１００の全体概略構成を示す斜視図であり、図２は図１の水素収容装置１００の横断面構成を示す図である。

図１に示すように、水素収容装置１００は、容器本体１１０と、容器本体１１０の周囲を囲むように、かつ、容器本体１１０の下端部より下側に突出するように容器本体１１０に固着された略円筒状の筒状部材１２０とを具備している。なお、図１においては、説明を分かり易くするため、容器本体１１０の部分に斜線を付して図示し、かつ、筒状部材１２０内に収容され斜視方向からは実際には筒状部材１２０に隠れて見えない容器本体１１０の部分まで図示してある。

図２に示すように、容器本体１１０は、金属（例えば、鉄、アルミニウム等）又は樹脂製の内側容器１１０ａと、内側容器１１０ａの周囲を包むように配設された炭素繊維層１１０ｂとを有する複合容器である。また、図１に示すように、容器本体１１０は、円筒状に形成された胴板１１１と、胴板１１１の上下に設けられ、外側に向けて凸な曲面によって形成された鏡板１１２とを有している。

このような構造の複合容器は、例えば、小形の在宅酸素療法用ＦＲＰ容器（株式会社旭製作所製）としては製品化されているが、最高充填圧力が１９．６ＭＰａ、容量が２．８リットル程度のもので、大量（例えば、４０ｍ^３）の水素ガスを高圧、例えば３５ＭＰａ以上で収容するようなものではない。

このように、容器本体１１０は、金属又は樹脂製の内側容器１１０ａの周囲に炭素繊維を巻き付けて形成された炭素繊維層１１０ｂによって包み込むようにして補強し、樹脂等で固めた構造とすることにより、内部に高圧の水素ガスを収容可能で、かつ、軽量化を図ることのできる構造となっている。

内部に充填する水素ガスの充填圧は、例えば、４５ＭＰａ、若しくはそれ以上、例えば８２ＭＰａとすることができる。この場合、水素ガスの充填量は、例えば、３０〜５０ｍ^３、例えば４０ｍ^３（リューベ）程度となる。また、充填圧を３５ＭＰａより高くすることにより、例えば、充填圧が３５ＭＰａである産業用ＦＣ車両（フォークリフト、グリーンスローモビリティ等）への満充填が可能となる。なお、産業用ＦＣ車両の他、例えば、水素自転車、バイク、ドローン、ＦＣ電車等の移動体についても充填可能である。

従来では、産業用ＦＣ車両に満充填を行うためには、産業用ＦＣ車両向けのガスステーション、若しくは、特殊高圧カードル及び簡易充填機による充填が必須であった。産業用ＦＣ車両向けのガスステーションを建設するためには、例えば、数億円単位のコストがかかり、そのコストが水素の販売価格を上昇させることに繋がっていた。なお、水素収容装置１００は、軽量で大量の水素を収容できるので、船舶等については、そのまま搭載することもできる。

図１に示すように、容器本体１１０の頂部及び底部には、プラグ１１３が設けられており、頂部側のプラグ１１３には、バルブ及び逃し弁１１４と、レセプタクル１１５が設けられている。これらを介して、容器本体１１０内への水素の充填及び容器本体１１０内から水素消費機器への水素の充填が行われる。なお、バルブ及び逃し弁１１４と、レセプタクル１１５等は必要に応じて設けられる。筒状部材１２０は、容器本体１１０の周囲を囲むように設けられており、その下側端部が、容器本体１１０の下端部より突出するように下方に向けて延在し、筒状部材１２０の下端側を支持部として、水素収容装置１００を立設状態に載置可能とされている。

上記のように、容器本体１１０は、上下の端部が凸な曲面によって形成された鏡板１１２から構成されているので、単独で立設状態とすることは困難である。しかし、本実施形態のように、容器本体１１０に筒状部材１２０を固着することによって、立設状態で配設することが可能となる。水素収容装置１００を立設状態で設置できるようにすることで、設置に必要な面積を削減することができ、トラック等に積載して輸送する場合も、設置面積が少ないことによって、多数積載することができる。

筒状部材１２０は、例えば、全体が金属から構成されていてもよい。但し、筒状部材１２０の材質は、金属に限られたものではなく、例えば、樹脂等から構成してもよい。また、筒状部材１２０の一部を金属で構成し、その他の部分は樹脂で構成するなど、異種の材質を組み合わせて構成してもよい。樹脂を用いることによって、水素収容装置１００の全体の重量を軽減することができる。

容器本体１１０の周囲を筒状部材１２０で囲むことによって、容器本体１１０の外周部を保護することができ、容器本体１１０の外周部に傷が付くことを抑制することができる。前述したとおり、容器本体１１０の外周部には、炭素繊維層１１０ｂが設けられており、ここに傷が付いて炭素繊維が切断される等の損傷を受けると使用を継続できなくなる可能性もある。

このような容器本体１１０の保護の観点からは、容器本体１１０の高さ方向において、１／２以上の高さまで筒状部材１２０を設けることが好ましく、さらには、容器本体１１０の高さ方向において、２／３以上の高さまで筒状部材１２０を設けることがより好ましい。また、容器本体１１０の胴板１１１全体を覆うように筒状部材１２０を設けてもよい。水素収容装置１００を立設状態に設置したり、トラックなどの輸送用車両に立設状態で積載した場合、転倒防止のためベルト等で締結することがある。このようなベルト等での締結部位には、筒状部材１２０が存在することが好ましい。この締結部位は、水素収容装置１００の比較的上部となることから、少なくとも締結部位まで筒状部材１２０が延在している構成とすることが好ましい。なお、水素収容装置１００の場合、外側を赤色とする必要があるが、筒状部材１２０を赤色とすることによって対応することもできる。

容器本体１１０と筒状部材１２０との固定は、例えば、接着剤による接着やネジによる締付、これらの併用等によって行うことができる。ネジによる締付の場合、例えば、図３に示すように、筒状部材１２０の端部に一対のフランジ部１２０ａを形成して、ボルト１２０ｂ、ナット１２０ｃで締め付ける方法等を用いることができる。また、例えば、図４に示すように、筒状部材１２０を一対の半円状の部材から構成し、その両側においてフランジ部１２０ａをボルト１２０ｂ、ナット１２０ｃで締め付ける構造としてもよい。さらに、筒状部材１２０を樹脂製とした場合、例えば、図５に示すように、筒状部材１２０全体を肉厚として、半円状の部材の両側端部の締結部に、凹陥するようにザグリ部１２０ｄを設け、このザグリ部１２０ｄ内に設けたボルト挿通孔にボルト１２０ｂを挿通し、ナット１２０ｃによって締結する構造のものとしてもよい。この場合、ボルト１２０ｂ及びナット１２０ｃがザグリ部１２０ｄ内に収容され、外部に突出物が無い構造とすることができる。

水素収容装置１００の全体の重量（水素ガスを満充填した時の重量）を、例えば、１００ｋｇ程度とすることが好ましく、最大でも１５０ｋｇ以下とすることが望ましい。また、水素収容装置１００の径、高さ等の大きさは、例えば、プロパンガスボンベ（例えば家庭用ボンベ）と同等とすることが好ましい。一例を挙げれば、高さ約１４０〜１８０ｃｍ、外径約４０〜５０ｃｍ程度である。また、容量は、例えば１００〜１５０リットル程度とすることが好ましい。

このような重量、大きさとすることによって、フォークリフトやクレーン等を使用しなくとも設置等を行うことができ、従来から家庭用のプロパンガスボンベの輸送に使用しているプロパンガスボンベの輸送用機材、例えば、リフト機構を有する通常のトラック（プロパンガスボンベ輸送用車両）や台車等を用いて水素収容装置１００を輸送することができる。また、プロパンガスボンベ輸送用車両に、家庭用のプロパンガスボンベと水素収容装置１００を混載して輸送することもできる。これによって、従来に較べて水素の輸送コストを大幅に低減することができ、結果的に水素の販売価格を抑制することができ、水素の普及を促進することができる。

なお、プロパンガスボンベを人手で移動させる場合、従来からボンベを立設状態から斜めに傾け転がす方法が用いられているが、本実施形態の水素収容装置１００の場合も、同様な方法を用いて人手で移動させることができる。なお、図６に示すように、筒状部材１２０の底部１２０ｅの厚さを厚くして、端面にＲを付けるように面取りしたＲ部１２０ｆを形成した構造とすることによって、回転させて移動させやすくなると同時に、機械的強度が増加し、耐久性を向上させることができる。

次に、図７を参照して第２実施形態に係る水素収容装置１００ａの構成について説明する。なお、図７において、図１等に示した第１実施形態に係る水素収容装置１００と対応する部分については、同一の符号を付して重複した説明は省略する。

図７に示す第２実施形態の水素収容装置１００ａでは、筒状部材１２０に、その上方に延在するように複数（図７では３本）の柱１２１を設け、この柱１２１にハンドル１２２が設けられている。このハンドル１２２は、水素収容装置１００ａを人手によって取り扱う場合に掴んで使用するためのものである。柱１２１及びハンドル１２２は、金属又は樹脂等から構成することができる。前述したとおり、容器本体１１０の外周部は、炭素繊維層１１０ｂで構成されているため、容器本体１１０に直接溶接やねじ止めによってハンドル１２２を取り付けることは困難である。しかし、水素収容装置１００ａのように、筒状部材１２０にハンドル１２２を固定することによって、ハンドル１２２を取り付けることが可能となる。

このハンドル１２２が設けられていることにより、ハンドル１２２が無い場合に比べて、容易に水素収容装置１００ａを取り扱うことができる。なお、図７では説明を分かり易くするために、斜視方向からは実際には容器本体１１０に隠れて見えない裏側の部分まで太線でハンドル１２２及び柱１２１を図示してある。

更に、水素収容装置１００ａでは、柱１２１の上方に延在し、水素収容装置１００ａの上部を覆うように日よけ材１２３が設けられている。この日よけ材１２３は、水素収容装置１００ａが屋外に設置された際に、直射日光を受けて温度が上昇することを抑制するためのものである。日よけ材１２３は、例えば樹脂等から構成することができる。水素収容装置１００ａ、特にそのうち容器本体１１０の温度上昇を抑制するという観点からは、容器本体１１０と筒状部材１２０との間に断熱材を設けてもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００，１００ａ……水素収容装置、１１０……容器本体、１１１……胴板、１１２……鏡板、１１３……プラグ、１１４……バルブ及び逃し弁、１１５……レセプタクル、１２０……筒状部材、１２０ａ……フランジ部、１２０ｂ……ボルト、１２０ｃ……ナット、１２０ｄ……ザグリ部、１２０ｅ……底部、１２０ｆ……Ｒ部、１２１……柱、１２２……ハンドル、１２３……日よけ材。

Claims

金属又は樹脂製の内側容器と、前記内側容器の周囲を包むように配設された炭素繊維層とを有する容器本体と、
前記容器本体の周囲を囲むように、かつ、前記容器本体の下端部より下側に突出するように前記容器本体に固着された略円筒状の筒状部材とを具備し、
前記筒状部材の下端側を支持部として立設状態に載置可能とされたことを特徴とする水素収容装置。
水素ガスの充填圧は、３５ＭＰａより高い圧力であることを特徴とする請求項１記載の水素収容装置。
水素ガスを充填した際の重量が１５０ｋｇ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の水素収容装置。
前記筒状部材が、前記容器本体の高さ方向長さの１／２以上の部分を覆うよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の水素収容装置。
前記筒状部材が、金属又は樹脂又は金属と樹脂によって構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の水素収容装置。
前記筒状部材が、上方に伸びる複数の柱を具備し、当該柱にハンドルが固定されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の水素収容装置。
前記ハンドルの上方に、直射日光を遮る日よけ材が設けられていることを特徴とする請求項６記載の水素収容装置。
請求項１乃至７の何れか１項記載の水素収容装置を用いて水素を輸送する水素輸送方法であって、
プロパンガスボンベの輸送用機材を用いて前記水素収容装置を輸送することを特徴とする水素輸送方法。
プロパンガスボンベ輸送用車両に、プロパンガスボンベと前記水素収容装置とを混載して輸送することを特徴とする請求項８記載の水素輸送方法。