JP3873480B2 - Hydrogen production vehicle, hydrogen supply system, and hydrogen supply method - Google Patents

Hydrogen production vehicle, hydrogen supply system, and hydrogen supply method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料用ガスから水素を生成する水素製造車両及び該水素製造車両を用いる水素供給システムに関し、特に、既存のガススタンドに保存されているLPGガス等から電気自動車の燃料電池用水素ガスを生成する水素製造車両水素供給システム及び水素供給方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
次世代の電気自動車の電力源として、燃料電池が注目を集めている。ここで、燃料電池は、水素及び酸素から電力を直接発生させるため、水素を車両(かかる電気自動車)へ供給する必要がある。しかし、水素は、現在特定の工業用用途のみに用いられ前記車両への供給路が現在全くないため、ゼロから供給路を構築する必要がある。従って、既存のインフラを利用し、如何に効率的に供給路を構築するかが問題となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この課題を解決するために例えば、特開平7−112796号に、水素製造工場において、予め水素が充填された車載用の水素吸蔵タンクを用い、該水素貯蔵タンクを水素供給スタンドに対してトラックにより運搬/流通させる方法が提案されている。しかし、この方法では、国内に多数の水素製造工場を建設することが必要となり、燃料電池式電気自動車が普及するまでの過渡期において、現実性が乏しい。即ち、上述した様に水素の用途は限定されているので、製造工場の数が限られており、全国に水素を供給できる体制を構築するためには、多数の水素製造工場が新たに必要となる。
【0004】
他方、燃料電池式電気自動車に対して、運搬貯蔵の困難な水素ガスではなく、取り扱いの容易な液体メタノールを供給する方式も考えられている。しかしながら、車両において、液体メタノールから水素ガスを取り出して走行するためには、生成する水素の量を車両の走行抵抗に応じて変化させる必要、例えば、加速時に水素量を増大させる必要があり、良質な水素ガスの生成量を可変にすることは、技術的困難が伴う。
【0005】
一方、水素の燃料電池式電気自動車への供給は、ガソリンの供給を行っている給油所で将来的に行われると予測されるが、燃料電池式電気自動車とガソリン式自動車とが混在している間、即ち、燃料電池式電気自動車が普及するまでの過渡期は、LPGガスのスタンドで水素の供給を行うことが現実的と考えられている。即ち、LPGガススタンドは、高圧ガスの扱いに慣れているため、水素を安全に電気自動車に供給することができるからである。
【0006】
ここで、本発明者は、LPG、天然ガスのスタンドにおいて、LPGガスから水素を生成することで、上述した水素ガスの輸送を全く無くし得るとの着想を得た。しかしながら、各LPG、天然ガスのスタンドにおいて、水素の生成施設を備えるためには、新たに莫大な投資が必要になると共に、係る生成施設の稼動時間は短いものにしか成り得ないことが予想される。
【0007】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、既存の施設を利用し、水素スタンドに対して安定して水素を供給できる水素製造車両水素供給システム及び水素供給方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の水素供給システムは、水素に改質可能な燃料用ガスを供給する燃料用ガスタンクと水素が充填される水素タンクとを有するガススタンドと、
前記燃料用ガスタンクより供給された燃料用ガスから水素を生成して前記水素タンクに充填する水素生成供給装置を有する移動可能な水素製造車両と、
を備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項2の水素供給システムは、水素に改質可能な燃料用ガスを供給する燃料用ガス精製工場と、
水素が充填される水素タンクを有するガススタンドと、
前記燃料用ガス精製工場より供給された燃料用ガスから水素を生成して前記水素タンクに充填する水素生成供給装置を有し、前記燃料用ガス精製工場と前記ガススタンドとの間を移動可能な水素製造車両と、を備えたことを技術的特徴とする。
【0010】
請求項3の水素供給システムは、請求項1又は請求項2において、前記水素タンクは、水素を燃料とする燃料電池式電気自動車に着脱自在に搭載されることを技術的特徴とする。
【0011】
請求項4の水素供給方法は、水素に改質可能な燃料用ガスを供給するガススタンドに、水素を充填可能な水素タンクを設け、燃料用ガスから水素を生成する水素製造車両を前記ガススタンドに移動させ、前記ガススタンドより前記水素製造車両に前記燃料用ガスを供給して水素を生成し、該水素を前記ガススタンドの水素タンクに充填することを技術的特徴とする。
【0012】
請求項5の水素供給方法は、ガススタンドに、水素を充填可能な水素タンクを設け、水素に改質可能な燃料用ガスを供給する燃料用ガス精製工場より、燃料用ガスから水素を生成する水素製造車両に前記燃料用ガスを供給し、輸送させ、輸送中に生成された水素を前記ガススタンドの水素タンクに充填することを技術的特徴とする。
【0013】
請求項6の水素製造車両は、水素に改質可能な燃料用ガスが供給され、該燃料用ガスから水素を加熱生成する水素生成装置と、
該生成した水素を走行風により冷却するコンデンサと、
該冷却された水素を外部に供給する水素供給装置とを有し、移動可能であることを技術的特徴とする。
【0014】
請求項の水素製造車両は、移動可能な水素製造車両が、燃料ガスから水素を生成するため、移動中に水素を生成することができる。また、生成した水素を輸送時の走行風により冷却するため、効率的に冷却できる。
【0015】
請求項1〜請求項4の水素供給システム、水素供給方法は、移動可能な水素製造車両に搭載された水素生成装置により、各ガススタンドにて燃料ガスから水素を生成できるので、生成装置を備えることなく、又、輸送することなく、各ガススタンドにて水素を供給させることが可能となる。
請求項3の水素供給システムでは、水素タンクが燃料電池式電気自動車に着脱自在に搭載されるため、燃料電池式電気自動車への水素の供給が容易である。
【0016】
請求項5の水素製造方法は、移動可能な水素製造車両に搭載された水素生成装置により、各ガススタンドにて燃料ガスから水素を生成できるので、生成装置を備えることなく、又、輸送することなく、各ガススタンドにて水素を供給させることを実現できる。
また、該水素製造車両が移動中も、水素生成装置にて貯蔵タンクの燃料ガスから水素を生成し、水素タンクに貯蔵することができる。このため、1のガススタンドでの水素の生成が終了し、次のガススタンドへ移動する際にも、水素の生成を継続することができるので、該水素生成装置を移動時に一旦休止する場合と比較して、効率良く水素を生成することが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態に係る水素製造車両及び水素供給システムについて図を参照して説明する。
図1は第1実施態様に係る水素製造車両を用いる水素供給システムの構成を示している。ここでは、既存のLPGガスをLPGガス車両に供給するガススタンドSがLPGガスタンク80の他に水素タンク82を備え、燃料電池型自動車Aに対して水素を供給する。ここで、該水素タンク82は、水素吸蔵合金を充填してなる。これは、液体水素を貯蔵する方式と比較して容量が小さくなるものの、廉価且つ取り扱いが容易であり、各ガススタンドSに於いて導入し易いという利点がある。
【0020】
本実施形態では、LPGガスから水素を生成する水素生成装置を搭載した水素製造車両Mが各ガススタンドSを巡回し、各ガススタンドSにおいてLPGガスから水素を生成し、ガススタンドSに備えられた水素タンク82に水素を貯蔵させる。
【0021】
上述したように、将来的には燃料電池式電気自動車への水素の供給は、ガソリンの供給を行っている給油所で行われ、該給油所への水素の運搬・貯蔵は液体水素の形で行われると予測されるが、燃料電池式電気自動車とガソリン式自動車とが混在している間、即ち、燃料電池式電気自動車が普及するまでの過渡期は、第1実施形態にようにLPGガスのガススタンドSで水素の供給を行うことが理想的である。ここで、ガススタンドSにてLPGガスから水素を生成することで、ガススタンドSへの水素を運搬するためのインフラの整備、即ち、水素生成工場の建設、水素運搬用の車両の整備等が不要となる。この導入期においては、水素の需要量は大きくないことが予想され、各ガススタンドSに水素生成装置を備えることは、稼働率が低くならざるを得ず不経済である。本実施形態では、水素生成装置を搭載した水素製造車両Mにて、各ガススタンドSにて水素を生成するため、水素生成装置の稼働率が高く、経済的である。そして、既存のLPGガススタンドに水素貯蔵用のタンクを備えるのみで、電気自動車への水素の供給が行い得るようになるため、最小の社会負担で、電気自動車を普及させることが可能になる。
【0022】
引き続き、図2を参照してガススタンドSにてLPGガスから水素を生成する水素製造車両Mの構成について説明する。該水素製造車両Mには、ガススタンドSのパイプ86に連結される燃料ガス導入口62と、供給されたLPGガスを貯蔵するLPGタンク12と、LPGガスと共に供給された水を貯蔵する水タンク14と、供給されたLPGガスと水タンク14から供給された水とを高温下で改質し、水素リッチガスを生成するする改質器16と、供給されたLPGガスを空気ファン22から供給された空気で燃焼させ、該改質器16を加熱する燃焼器18と、改質器16にて生成された水素ガスを200°C程度まで冷却する第1コンデンサ20と、第1コンデンサ20にて冷却された水素リッチガスから炭酸ガスと水素とを分離するH2 精製機24と、H2 精製機24にて分離された炭酸ガスを回収するための炭酸ガス回収器26と、H2 精製機24にて分離された水素を冷却する第2コンデンサ28と、該第2コンデンサ28にて冷却された水素を貯蔵する水素貯蔵体30と、ガススタンドSの水素タンク82に接続された水素パイプ88側へ水素を供給する水素導出口64と、を備える。該水素製造車両Mは更に、冷却水タンク32を備え、該冷却タンク32からの冷却水が、上述した水素タンク30bから第2コンデンサ28を経て再び冷却水タンクへ戻るように構成されている。また、該車両には、第2コンデンサ28を冷却するためのファン34が備えられている。
【0023】
ここで、水素製造車両Mが水素生成を行う際の動作について、先ず説明する。ガススタンドSで水及びLPGガスが水素製造車両Mへ供給される。供給された水は、水タンク14に貯留される。一方、LPGガス(主としてプロパンC3 H8 からなり、更に、プロピレン、ブタン、ブチレンが含まれることがある)が供給されると、水素製造車両側で第1バルブV1が開かれ、LPGタンク12内へ液化された状態で充填される。同時に、第2バルブV2が開かれ、改質器16及び燃焼器22へ送られる。
【0024】
ここで、燃焼器18は、主としてバーナから構成されており、供給されたLPGガスを、空気ファン22から送られた空気で燃焼させ、改質器16を所定の温度(450°C〜500°C)に維持する。
【0025】
改質器16は、図示しない燃料ガス供給管及び水供給管と、気化器と、気化された混合気体を改質する公知の触媒とを備える。該改質器16は、気化されたLPGガス(プロパン)と水タンク14からの水の供給を受け、上記燃料ガス供給管と水供給管との接続点で両者を混合する。そして、気化器において気化すると共に、上記燃焼器18からの熱で加熱し、燃料ガスと水蒸気との混合気体を触媒により下記の反応式に従い水蒸気改質する(実際には、水を必要量よりも多く注入し、途中で発生するCOを完全にCO2 に燃焼させる)。
C3 H8 +6H20→3CO2 +5H2
【0026】
第1コンデンサ20は、一般的な熱交換機により構成されており、上記改質された水素リッチガス(温度250°C〜300°C)を冷却すると共に、同時に冷却の際に結露したガス中の水分を回収して、パイプ50を介して水タンク14側に戻す。これにより、水タンク内の水を有効利用すると共に、熱回収を図る。
【0027】
H2 精製機24は、水素分離膜を備えてなり、該水素分離膜を構成するパラジウム又はパラジウム合金が水素を選択的に透過する性格を利用して、冷却された水素リッチガスを水素分離膜を透過しないCO2 と透過するH2 とに分離する。
【0028】
水素分離膜は、多孔質セラミック或いは多孔質ガラス等からなる基材膜上に、パラジウムもしくはパラジウム合金からなる被膜を形成したものである。この基材膜は、水素分離膜に機械的強度を負荷させる役割を有する。なお、金属膜としては、パラジウム又はパラジウムを含有する合金膜が最適である。さらに、パラジウムを含有する合金の例としては、パラジウムと銀からなる合金、或いは、Y及び希土類元素からなる郡から選ばれる1種類以上の金属が挙げられる。この金属膜は、無電解めっきと電解めっきとを組み合わせる方法や、CVD法、蒸着法など周知の薄膜技術により形成できる。この水素分離膜の技術に関しては、例えば、特開平9−255306号に記載されている。
【0029】
H2 精製機24にて分離されたCO2 は、CO2 回収器26へ送られる。CO2 回収器26は、サージタンク及び排出バルブV3から構成され、H2 精製機24から送られたCO2 を、サージタンクに一時貯留するとともに、排気バルブV3を開き適宜大気中に放出させる。ここで、CO2 を大気中に放出させる代わりに、例えば、ガススタンドS又は該水素製造車両が収容されるセンタにCO2 のタンクを備えることで、該タンク内へ回収することも可能である。
【0030】
H2 精製機24にて分離されたH2 は第2コンデンサ28へ送られ(このときのH2 の温度は200°C程度)、熱交換28aを備える第2コンデンサ28にて所定の温度(室温〜50°C)まで冷却される。この第2コンデンサ28では、200°Cの水素を50°Cまで冷却するので冷却量が多い。このため、冷却水タンク32からの冷却水が水素タンク30bを経て当該第2コンデンサ28の熱交換28aへ供給されるようになっており、また、ファン34により圧送された車外の空気により冷却されるように構成されている。なお、後述する水素製造車両Mの走行時においては、走行風が導入されるように構成されている。
【0031】
第2コンデンサ28にて冷却されたH2 を貯蔵する水素貯蔵体30は、水素吸蔵合金を収容する水素貯蔵タンク30bと、該水素貯蔵タンクを冷却/加熱する熱交換機30aと、図示しないヒータとからなる。
【0032】
該水素貯蔵体30への水素貯蔵時には、冷却水タンク32からの冷却水が熱交換機30aへ供給され、水素貯蔵タンク30b内の水素吸蔵合金による水素吸蔵時の発熱反応熱を冷却せしめ、第2コンデンサ28から送られたH2 を該水素吸蔵合金に貯蔵させる。なお、該水素貯蔵体30を冷却した水は、更に、第2コンデンサ28側へ送られ、該第2コンデンサ28を冷却した後、パイプ54を介して冷却水タンク32へ戻され、再び該冷却タンク内で冷却される。この冷却は、水タンク14の間接熱交換によって主として行われる。
【0033】
一方、該水素貯蔵体30から水素を供給する際には、水素貯蔵体30のヒータにより水素吸蔵合金を加熱することにより、水素吸蔵合金から水素を放出させる。なお、この水素吸蔵合金の加熱の際に、上述した冷却水の循環方向を逆転させて、第2コンデンサ28にて加熱された水を、該水素貯蔵体30の熱交換機30aへ供給することも可能である。
【0034】
引き続き、該水素製造車両Mによる動作について説明する。
ここでは、先ず、水素製造車両MがガススタンドSに到着した際の動作について引き続き図2を参照して説明する。後述するように該水素製造車両Mは、1のガススタンドから次のガススタンドへ移動する最中も水素を生成して水素貯蔵体30に水素を貯蔵している。このため、バルブV4を開き、最初に該水素貯蔵体30を上述したように加熱し、貯蔵した水素を水素導出口64及びパイプ88を介してガススタンドSの水素タンク82側へ供給する。
【0035】
次に、ガススタンドSからの水及びLPGガスの水素製造車両Mへの供給が開始される。供給された水は、水タンク14に一旦貯留された後、改質器16側へ供給される。一方、LPGガスが供給される際に、水素製造車両側で第1バルブV1が開かれ、LPGタンク12内へ液化された状態で充填される。同時に、第2バルブV2が開かれ、改質器16及び燃焼器22へ送られる。ここで、上述したように改質器16にて、LPGガス及び水が改質され、H2 精製機24にてH2 が分離され、第2コンデンサ28にて冷却されて、ガススタンドS側の水素タンク82へ供給される。そして、ガススタンドSの水素タンク82に規定量の水素を充填すると、該水素製造車両Mは、次のガススタンドSへ移動する。
【0036】
引き続き、水素製造車両Mの移動中における動作について図3を参照して説明する説明する。
移動中においては、水タンク14に貯留された水が改質器16側へ供給される。一方、LPGタンク12からのLPGガスが、第1バルブV1及び第2バルブV2を介して改質器16及び燃焼器22へ送られる。ここで、上述したように改質器16にて、LPGガス及び水が改質され、H2 精製機24にてH2 が分離され、第2コンデンサ28にて冷却されて、水素貯蔵体30側へ供給される。該水素貯蔵体30は、上述したように熱交換機30aにて冷却され、水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。なお、水素製造車両Mの移動時の機関としては、ガソリンエンジン、デーゼルエンジンの他、水素吸蔵体30に保持された水素を電力源とする電気モータ、或いは、LPGタンク12に保持されたLPGガスにて駆動するエンジン等を採用することができる。
【0037】
この第1実施形態では、水素製造車両が移動中も、LPGタンク12内のLPGガスから水素を生成し、水素貯蔵体30に貯蔵することができる。このため、1のガススタンドでの水素の生成が終了し、次のガススタンドへ移動する際にも、水素の生成を継続することができるため、該水素生成装置(改質器16、H2 精製機)を移動時に一旦休止する場合と比較して、効率良く水素を生成することが可能である。また、水素貯蔵体30に水素吸蔵金属を用いているため、移動中も安全に水素を貯蔵することができる。
【0038】
引き続き、第1実施形態の改変例について、図4を参照して説明する。
図1を参照して上述した例では、ガススタンドSの水素タンク82を備え、該水素タンク82から電気自動車Aの水素タンク(図示せず)へ水素を補給した。即ち、電気自動車が水素タンクを内蔵していた。これに対して、改変例では、水素タンクを内蔵する電気自動車Aと、着脱式の水素タンク84を搭載し得る電気自動車ASとが併存している。そして、ガススタンドとして、該電気自動車A及び電気自動車ASのいずれにも水素補給を行い得るガススタンドSRと、着脱式の水素タンク84を搭載し得る電気自動車ASにのみ水素を補給し得るガススタンドSSとの2種類が存在する。
【0039】
ここで、ガススタンドSRでは、水素製造車両Mから供給された水素を一旦水素タンク82に蓄え、電気自動車Aに対しては、水素を直接補給する。一方、着脱式の水素タンク84に対して、該水素タンク82から予め水素を充填しておく。そして、電気自動車ASに対して、水素を使い終えた水素タンクを降ろし、水素の充填した水素タンク84を乗せることにより、水素の補給を行う。
【0040】
一方、ガススタンドSSでは、水素製造車両Mによって水素が直接着脱式の水素タンク84に充填される。そして、電気自動車ASに対して、水素タンク84を乗せ換えることにより水素の補給を行う。この改変例では、ガススタンドSSには、何ら設備を新たに備えることなく電気自動車への水素補給を開始できるという利点がある。
【0041】
引き続き、本発明の第2実施形態について、図5を参照して説明する。図1〜図4を参照して上述した第1実施形態は、燃料電池式電気自動車の導入期に最適な比較的小規模の水素供給システムについて説明した。これに対して、第2実施形態では、燃料電池式電気自動車が普及し、LPGガスのガススタンドのみならず、既存の給油所でも水素の補給が行えるようになった時点での好適な実施形態である。
【0042】
石油、天然ガスの精製工場110にて精製されたLPGガスは、輸送車MRにより搬送される。該輸送車MRは、LPGガスを保持するLPGタンク112と共に、図2を参照して上述した水素製造車両に搭載された水素生成装置を内蔵する水素生成装置120と、該水素生成装置120にてLPGガスから生成された水素を貯蔵する水素タンク130を備え、移動中も水素を生成して該水素タンク130に貯蔵する。該輸送車MRは、ガススタンド(給油所)SKへ水素を直接供給する。この輸送車MRは、水素を精製しながら移動するため、小さな容量、例えば、水素吸蔵合金を用いる水素タンク130にて、多数のガススタンドSKへ水素を補給することができる。
【0043】
輸送列車Tは、該輸送車MRと同様に、LPGガスを保持するLPGタンク112と、水素生成装置120と、該水素生成装置120にてLPGガスから生成された水素を貯蔵する水素タンク130を備え、移動中も水素を生成して該水素タンク130に貯蔵する。該輸送列車Tは、一旦、駅周辺に設けられた水素貯蔵ステーションSTに水素を供給する。そして、該ステーションSTから、専用のパイプライン或いは水素専用の輸送車を介して、ガススタンド(給油所)SKへ水素を供給する。
【0044】
この上述した第1、第2実施形態では、水素を生成する燃料ガスとしてLPGガスを用いる例を挙げたが、燃料ガスとしては天然ガス等の種々の燃料を用い得ることは言うまでもない。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、既存の施設を利用し、水素スタンドに対して安定して水素を供給できる水素製造車両、水素供給システム及び水素供給方法を提供できる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る水素供給システムの構成を示す説明図である。
【図2】第1実施形態の水素供給システムに用いられる水素製造車両の構成を示すブロック図である。
【図3】第1実施形態の水素供給システムに用いられる水素製造車両の構成を示すブロック図である。
【図4】第1実施形態の改変例に係る水素供給システムの構成を示す説明図である。
【図5】本発明の第2実施形態に係る水素供給システムの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
12 LPGタンク(貯蔵タンク)
14 水タンク
16 改質器(水素生成装置)
24 H2 精製機(水素生成装置)
30 水素貯蔵体
30b 水素タンク
62 燃料ガス導入口(燃料ガス導入装置)
64 水素導出口(水素供給装置)
80 LPGタンク
82 水素タンク
84 水素タンク
112 LPGタンク(貯蔵タンク)
120 水素生成装置
130 水素タンク
A 電気自動車
S ガススタンド
M 水素製造車両
MR 輸送車(水素製造車両)
T 輸送列車(水素製造車両)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen production vehicle that generates hydrogen from fuel gas and a hydrogen supply system that uses the hydrogen production vehicle, and in particular, hydrogen gas for a fuel cell of an electric vehicle from LPG gas or the like stored in an existing gas stand. The present invention relates to a hydrogen production vehicle , a hydrogen supply system, and a hydrogen supply method .
[0002]
[Prior art]
Fuel cells are attracting attention as a power source for next-generation electric vehicles. Here, since the fuel cell directly generates electric power from hydrogen and oxygen, it is necessary to supply hydrogen to the vehicle (such an electric vehicle). However, since hydrogen is currently used only for specific industrial applications and currently has no supply path to the vehicle, it is necessary to construct a supply path from scratch. Therefore, how to efficiently construct a supply channel using existing infrastructure is a problem.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve this problem, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-1212796, an in-vehicle hydrogen storage tank previously filled with hydrogen is used in a hydrogen production factory, and the hydrogen storage tank is connected to a hydrogen supply stand by a truck. A method of carrying / distributing has been proposed. However, this method requires the construction of a large number of hydrogen production factories in the country, and is not realistic in a transition period until the fuel cell electric vehicle becomes widespread. In other words, as described above, the use of hydrogen is limited, so the number of manufacturing factories is limited, and in order to build a system that can supply hydrogen nationwide, a large number of hydrogen manufacturing factories are newly required. Become.
[0004]
On the other hand, a method of supplying liquid methanol that is easy to handle, rather than hydrogen gas, which is difficult to transport and store, to a fuel cell electric vehicle is also considered. However, in order to travel by taking out hydrogen gas from liquid methanol in a vehicle, it is necessary to change the amount of generated hydrogen according to the traveling resistance of the vehicle, for example, it is necessary to increase the amount of hydrogen during acceleration. It is technically difficult to make the amount of hydrogen gas produced variable.
[0005]
On the other hand, hydrogen is expected to be supplied to fuel cell electric vehicles in the future at gas stations that supply gasoline, but fuel cell electric vehicles and gasoline vehicles are mixed. During the transition period, that is, until the fuel cell electric vehicle becomes widespread, it is considered realistic to supply hydrogen at the LPG gas stand. That is, since the LPG gas station is accustomed to handling high-pressure gas, hydrogen can be safely supplied to the electric vehicle.
[0006]
Here, the present inventor has come up with the idea that the hydrogen gas transport described above can be completely eliminated by generating hydrogen from the LPG gas in the LPG and natural gas stand. However, in order to provide hydrogen generation facilities in each LPG and natural gas stand, it is expected that a huge new investment will be required and the operation time of such generation facilities can only be short. The
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen production vehicle and a hydrogen supply that can stably supply hydrogen to a hydrogen stand using an existing facility. A system and a hydrogen supply method are provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The hydrogen supply system according to claim 1, wherein the gas stand includes a fuel gas tank that supplies a fuel gas that can be reformed into hydrogen, and a hydrogen tank that is filled with hydrogen.
A movable hydrogen production vehicle having a hydrogen generation and supply device for generating hydrogen from the fuel gas supplied from the fuel gas tank and filling the hydrogen tank;
It is provided with.
[0009]
The hydrogen supply system according to claim 2 is a fuel gas refining plant for supplying a reformable fuel gas to hydrogen,
A gas stand having a hydrogen tank filled with hydrogen;
A hydrogen generation and supply device for generating hydrogen from the fuel gas supplied from the fuel gas refining plant and filling the hydrogen tank, and is movable between the fuel gas refining plant and the gas stand And a hydrogen production vehicle.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a hydrogen supply system according to the first or second aspect, wherein the hydrogen tank is detachably mounted on a fuel cell electric vehicle using hydrogen as a fuel.
[0011]
According to another aspect of the present invention, there is provided a hydrogen supply method in which a hydrogen tank capable of filling hydrogen is provided in a gas stand that supplies a fuel gas that can be reformed into hydrogen, and a hydrogen production vehicle that generates hydrogen from the fuel gas is provided in the gas stand The fuel gas is supplied from the gas station to the hydrogen production vehicle to generate hydrogen, and the hydrogen tank of the gas station is filled with the hydrogen.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a hydrogen supply method in which a hydrogen tank that can be filled with hydrogen is provided in a gas stand, and hydrogen is generated from fuel gas from a fuel gas purification plant that supplies fuel gas that can be reformed into hydrogen. A technical feature is that the fuel gas is supplied to a hydrogen production vehicle and transported, and hydrogen generated during transport is filled in a hydrogen tank of the gas stand.
[0013]
A hydrogen production vehicle according to claim 6 is provided with a hydrogen generating apparatus that is supplied with a reformable fuel gas and heats and generates hydrogen from the fuel gas;
A condenser that cools the generated hydrogen by running wind;
It has a hydrogen supply device that supplies the cooled hydrogen to the outside, and is characterized by being movable.
[0014]
In the hydrogen production vehicle according to the sixth aspect , since the movable hydrogen production vehicle generates hydrogen from the fuel gas, it can generate hydrogen during movement. Further, since the generated hydrogen is cooled by the traveling wind during transportation, it can be efficiently cooled.
[0015]
The hydrogen supply system and the hydrogen supply method according to claims 1 to 4 include a generation device because hydrogen can be generated from fuel gas at each gas stand by a hydrogen generation device mounted on a movable hydrogen production vehicle. Without being transported, it is possible to supply hydrogen at each gas station.
In the hydrogen supply system according to the third aspect, since the hydrogen tank is detachably mounted on the fuel cell type electric vehicle, it is easy to supply hydrogen to the fuel cell type electric vehicle.
[0016]
In the hydrogen production method according to claim 5, hydrogen can be produced from fuel gas at each gas stand by a hydrogen production device mounted on a movable hydrogen production vehicle. In addition, it is possible to supply hydrogen at each gas station.
Further, even when the hydrogen production vehicle is moving, hydrogen can be generated from the fuel gas in the storage tank by the hydrogen generator and stored in the hydrogen tank. For this reason, since the production of hydrogen at one gas station is completed and the production of hydrogen can be continued even when moving to the next gas station, the hydrogen generator is temporarily stopped during the movement. In comparison, hydrogen can be generated efficiently.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a hydrogen production vehicle and a hydrogen supply system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a hydrogen supply system using a hydrogen production vehicle according to the first embodiment. Here, the gas station S that supplies the existing LPG gas to the LPG gas vehicle includes a hydrogen tank 82 in addition to the LPG gas tank 80, and supplies hydrogen to the fuel cell vehicle A. Here, the hydrogen tank 82 is filled with a hydrogen storage alloy. This has the advantage that the capacity is small compared to the method of storing liquid hydrogen, but it is inexpensive and easy to handle, and is easy to introduce in each gas stand S.
[0020]
In the present embodiment, a hydrogen production vehicle M equipped with a hydrogen generator that generates hydrogen from LPG gas circulates through each gas station S, generates hydrogen from LPG gas at each gas station S, and is provided in the gas station S. The hydrogen tank 82 stores hydrogen.
[0021]
As described above, in the future, hydrogen will be supplied to fuel cell electric vehicles at gas stations that supply gasoline, and hydrogen is transported and stored in the form of liquid hydrogen. Although it is predicted that the fuel cell electric vehicle and the gasoline vehicle are mixed, that is, during the transition period until the fuel cell electric vehicle becomes widespread, the LPG gas is used as in the first embodiment. It is ideal to supply hydrogen at the gas station S. Here, by generating hydrogen from LPG gas at the gas station S, infrastructure development for transporting hydrogen to the gas station S, that is, construction of a hydrogen production factory, maintenance of a vehicle for transporting hydrogen, etc. It becomes unnecessary. In this introduction period, it is expected that the amount of hydrogen demand is not large, and it is uneconomical that the operation rate is inevitably lowered when each gas station S is equipped with a hydrogen generator. In this embodiment, since hydrogen is generated at each gas station S in the hydrogen production vehicle M equipped with the hydrogen generator, the operation rate of the hydrogen generator is high and economical. And since it becomes possible to supply hydrogen to an electric vehicle only by providing a tank for storing hydrogen in an existing LPG gas stand, it becomes possible to spread the electric vehicle with a minimum social burden.
[0022]
Next, the configuration of the hydrogen production vehicle M that generates hydrogen from the LPG gas at the gas station S will be described with reference to FIG. The hydrogen production vehicle M includes a fuel gas inlet 62 connected to the pipe 86 of the gas stand S, an LPG tank 12 for storing the supplied LPG gas, and a water tank for storing water supplied together with the LPG gas. 14, the supplied LPG gas and the water supplied from the water tank 14 are reformed at a high temperature to generate a hydrogen rich gas, and the supplied LPG gas is supplied from the air fan 22. A first combustor 18 that heats the reformer 16, a first condenser 20 that cools the hydrogen gas generated in the reformer 16 to about 200 ° C., and a first condenser 20. In the H2 refiner 24 for separating carbon dioxide and hydrogen from the cooled hydrogen rich gas, the carbon dioxide collector 26 for collecting the carbon dioxide separated in the H2 refiner 24, and the H2 refiner 24 The second condenser 28 for cooling the separated hydrogen, the hydrogen storage body 30 for storing the hydrogen cooled by the second condenser 28, and the hydrogen pipe 88 connected to the hydrogen tank 82 of the gas stand S A hydrogen outlet port 64 for supplying The hydrogen production vehicle M is further provided with a cooling water tank 32 so that the cooling water from the cooling tank 32 returns to the cooling water tank again from the hydrogen tank 30b through the second condenser 28 described above. The vehicle is also provided with a fan 34 for cooling the second condenser 28.
[0023]
Here, the operation when the hydrogen production vehicle M generates hydrogen will be described first. Water and LPG gas are supplied to the hydrogen production vehicle M at the gas station S. The supplied water is stored in the water tank 14. On the other hand, when LPG gas (mainly composed of propane C3 H8 and may further contain propylene, butane, butylene) is supplied, the first valve V1 is opened on the hydrogen production vehicle side to enter the LPG tank 12. Filled in a liquefied state. At the same time, the second valve V 2 is opened and sent to the reformer 16 and the combustor 22.
[0024]
Here, the combustor 18 is mainly composed of a burner, and the supplied LPG gas is combusted by the air sent from the air fan 22, and the reformer 16 is heated to a predetermined temperature (450 ° C. to 500 ° C.). C).
[0025]
The reformer 16 includes a fuel gas supply pipe and a water supply pipe (not shown), a vaporizer, and a known catalyst for reforming the vaporized mixed gas. The reformer 16 receives supply of vaporized LPG gas (propane) and water from the water tank 14 and mixes both at the connection point between the fuel gas supply pipe and the water supply pipe. Then, the gas is vaporized in the vaporizer and heated by the heat from the combustor 18, and the gas mixture of the fuel gas and the water vapor is reformed with the catalyst according to the following reaction formula (actually, the water is more than the necessary amount). A large amount of CO is also injected, and CO generated in the middle is completely burned into CO2).
C3 H8 + 6H20 → 3CO2 + 5H2
[0026]
The first condenser 20 is constituted by a general heat exchanger, and cools the reformed hydrogen-rich gas (temperature: 250 ° C. to 300 ° C.), and at the same time, moisture in the gas condensed during the cooling. Is recovered and returned to the water tank 14 side through the pipe 50. As a result, the water in the water tank is effectively used and heat recovery is achieved.
[0027]
The H2 purifier 24 is provided with a hydrogen separation membrane, and the cooled hydrogen-rich gas permeates the hydrogen separation membrane by utilizing the property that the palladium or palladium alloy constituting the hydrogen separation membrane selectively permeates hydrogen. Separation into CO2 and permeate H2.
[0028]
The hydrogen separation membrane is obtained by forming a coating film made of palladium or a palladium alloy on a base material film made of porous ceramic or porous glass. This base membrane has a role of loading the hydrogen separation membrane with mechanical strength. As the metal film, palladium or an alloy film containing palladium is optimal. Furthermore, examples of the alloy containing palladium include one or more metals selected from an alloy made of palladium and silver, or a group made of Y and a rare earth element. This metal film can be formed by a known thin film technique such as a method combining electroless plating and electrolytic plating, a CVD method, a vapor deposition method, or the like. The technology of this hydrogen separation membrane is described in, for example, JP-A-9-255306.
[0029]
The CO2 separated by the H2 purifier 24 is sent to the CO2 collector 26. The CO2 recovery unit 26 includes a surge tank and a discharge valve V3. The CO2 sent from the H2 purifier 24 is temporarily stored in the surge tank, and the exhaust valve V3 is opened to be appropriately released into the atmosphere. Here, instead of releasing CO2 into the atmosphere, for example, a CO2 tank may be provided in the gas station S or the center in which the hydrogen production vehicle is accommodated, so that it can be recovered into the tank.
[0030]
The H2 separated by the H2 purifier 24 is sent to the second condenser 28 (at this time, the temperature of H2 is about 200 DEG C.), and the second condenser 28 having the heat exchange 28a has a predetermined temperature (room temperature to 50). Cooled to ° C). In the second capacitor 28, hydrogen at 200 ° C. is cooled to 50 ° C., so that the cooling amount is large. For this reason, the cooling water from the cooling water tank 32 is supplied to the heat exchange 28a of the second condenser 28 through the hydrogen tank 30b, and is cooled by the air outside the vehicle pumped by the fan 34. It is comprised so that. In addition, when the hydrogen production vehicle M, which will be described later, travels, traveling wind is introduced.
[0031]
A hydrogen storage body 30 for storing H2 cooled by the second condenser 28 includes a hydrogen storage tank 30b for storing a hydrogen storage alloy, a heat exchanger 30a for cooling / heating the hydrogen storage tank, and a heater (not shown). Become.
[0032]
When storing hydrogen in the hydrogen storage body 30, the cooling water from the cooling water tank 32 is supplied to the heat exchanger 30a to cool the exothermic reaction heat at the time of hydrogen storage by the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage tank 30b. H2 sent from the capacitor 28 is stored in the hydrogen storage alloy. The water that has cooled the hydrogen storage body 30 is further sent to the second condenser 28 side, and after cooling the second condenser 28, the water is returned to the cooling water tank 32 through the pipe 54, and the cooling is again performed. Cooled in the tank. This cooling is mainly performed by indirect heat exchange of the water tank 14.
[0033]
On the other hand, when supplying hydrogen from the hydrogen storage body 30, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy by heating the hydrogen storage alloy with a heater of the hydrogen storage body 30. In addition, when heating the hydrogen storage alloy, the cooling water circulation direction described above is reversed, and the water heated by the second condenser 28 is supplied to the heat exchanger 30a of the hydrogen storage body 30. Is possible.
[0034]
Subsequently, the operation of the hydrogen production vehicle M will be described.
Here, first, the operation when the hydrogen production vehicle M arrives at the gas station S will be described with reference to FIG. As will be described later, the hydrogen production vehicle M generates hydrogen and stores the hydrogen in the hydrogen storage body 30 while moving from one gas station to the next gas station. For this reason, the valve V4 is opened, the hydrogen storage body 30 is first heated as described above, and the stored hydrogen is supplied to the hydrogen tank 82 side of the gas station S through the hydrogen outlet 64 and the pipe 88.
[0035]
Next, supply of water and LPG gas from the gas station S to the hydrogen production vehicle M is started. The supplied water is temporarily stored in the water tank 14 and then supplied to the reformer 16 side. On the other hand, when the LPG gas is supplied, the first valve V1 is opened on the hydrogen production vehicle side, and the LPG tank 12 is filled in a liquefied state. At the same time, the second valve V 2 is opened and sent to the reformer 16 and the combustor 22. Here, as described above, the reformer 16 reforms the LPG gas and water, the H2 is separated by the H2 purifier 24, cooled by the second condenser 28, and then the hydrogen on the gas stand S side. It is supplied to the tank 82. When the hydrogen tank 82 of the gas station S is filled with a specified amount of hydrogen, the hydrogen production vehicle M moves to the next gas station S.
[0036]
Next, the operation during movement of the hydrogen production vehicle M will be described with reference to FIG.
During movement, the water stored in the water tank 14 is supplied to the reformer 16 side. On the other hand, LPG gas from the LPG tank 12 is sent to the reformer 16 and the combustor 22 via the first valve V1 and the second valve V2. Here, as described above, the reformer 16 reforms the LPG gas and water, the H2 purifier 24 separates the H2 and the second condenser 28 cools it to the hydrogen storage body 30 side. Supplied. As described above, the hydrogen storage body 30 is cooled by the heat exchanger 30a, and hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy. In addition, as an engine at the time of movement of the hydrogen production vehicle M, in addition to a gasoline engine and a diesel engine, an electric motor using hydrogen held in the hydrogen storage body 30 as a power source, or an LPG gas held in the LPG tank 12 It is possible to employ an engine driven by
[0037]
In the first embodiment, hydrogen can be generated from the LPG gas in the LPG tank 12 and stored in the hydrogen storage body 30 even while the hydrogen production vehicle is moving. For this reason, since the production of hydrogen at one gas station is completed and the production of hydrogen can be continued even when moving to the next gas station, the hydrogen production device (reformer 16, H2 purification). Compared with the case where the machine is temporarily stopped during movement, hydrogen can be generated more efficiently. Moreover, since the hydrogen storage metal is used for the hydrogen storage body 30, hydrogen can be safely stored even during movement.
[0038]
Next, a modified example of the first embodiment will be described with reference to FIG.
In the example described above with reference to FIG. 1, the hydrogen tank 82 of the gas station S is provided, and hydrogen is supplied from the hydrogen tank 82 to the hydrogen tank (not shown) of the electric vehicle A. That is, the electric vehicle has a built-in hydrogen tank. On the other hand, in the modified example, the electric vehicle A incorporating the hydrogen tank and the electric vehicle AS capable of mounting the detachable hydrogen tank 84 coexist. As a gas stand, a gas stand SR that can supply hydrogen to both the electric vehicle A and the electric vehicle AS, and a gas stand that can supply hydrogen only to the electric vehicle AS on which a detachable hydrogen tank 84 can be mounted. There are two types, SS.
[0039]
Here, in the gas station SR, the hydrogen supplied from the hydrogen production vehicle M is temporarily stored in the hydrogen tank 82, and hydrogen is directly supplied to the electric vehicle A. On the other hand, the detachable hydrogen tank 84 is filled with hydrogen from the hydrogen tank 82 in advance. Then, hydrogen is replenished by taking down the hydrogen tank that has finished using hydrogen and placing the hydrogen tank 84 filled with hydrogen on the electric vehicle AS.
[0040]
On the other hand, in the gas station SS, hydrogen is filled directly into the removable hydrogen tank 84 by the hydrogen production vehicle M. Then, hydrogen is replenished by changing the hydrogen tank 84 to the electric vehicle AS. In this modified example, the gas station SS has an advantage that the hydrogen supply to the electric vehicle can be started without any new equipment.
[0041]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1st Embodiment mentioned above with reference to FIGS. 1-4 demonstrated the comparatively small-scale hydrogen supply system optimal in the introduction period of a fuel cell type electric vehicle. On the other hand, in the second embodiment, a preferred embodiment at the time when fuel cell electric vehicles become widespread and hydrogen can be replenished not only at a gas station for LPG gas but also at an existing gas station. It is.
[0042]
The LPG gas refined at the refinery 110 for oil and natural gas is conveyed by a transport vehicle MR. The transport vehicle MR includes an LPG tank 112 that holds LPG gas, a hydrogen generator 120 that incorporates a hydrogen generator mounted in the hydrogen production vehicle described above with reference to FIG. A hydrogen tank 130 for storing hydrogen generated from the LPG gas is provided, and hydrogen is generated and stored in the hydrogen tank 130 during movement. The transport vehicle MR directly supplies hydrogen to a gas station (gas station) SK. Since the transport vehicle MR moves while purifying hydrogen, it is possible to supply hydrogen to a large number of gas stations SK in a hydrogen tank 130 using a small capacity, for example, a hydrogen storage alloy.
[0043]
Similarly to the transport vehicle MR, the transport train T includes an LPG tank 112 that holds LPG gas, a hydrogen generator 120, and a hydrogen tank 130 that stores hydrogen generated from the LPG gas in the hydrogen generator 120. In addition, hydrogen is generated and stored in the hydrogen tank 130 during the movement. The transport train T once supplies hydrogen to a hydrogen storage station ST provided around the station. Then, hydrogen is supplied from the station ST to a gas station (gas station) SK via a dedicated pipeline or a transport vehicle dedicated to hydrogen.
[0044]
In the first and second embodiments described above, an example in which LPG gas is used as the fuel gas for generating hydrogen has been described, but it is needless to say that various fuels such as natural gas can be used as the fuel gas.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hydrogen production vehicle, a hydrogen supply system, and a hydrogen supply method capable of stably supplying hydrogen to a hydrogen stand using an existing facility .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a hydrogen supply system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen production vehicle used in the hydrogen supply system of the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen production vehicle used in the hydrogen supply system of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a hydrogen supply system according to a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a hydrogen supply system according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
12 LPG tank (storage tank)
14 Water tank 16 Reformer (hydrogen generator)
24 H2 refiner (hydrogen generator)
30 Hydrogen storage body 30b Hydrogen tank 62 Fuel gas introduction port (fuel gas introduction device)
64 Hydrogen outlet (hydrogen supply device)
80 LPG tank 82 Hydrogen tank 84 Hydrogen tank 112 LPG tank (storage tank)
120 Hydrogen generator 130 Hydrogen tank A Electric vehicle S Gas stand M Hydrogen production vehicle MR Transport vehicle (hydrogen production vehicle)
T transport train (hydrogen production vehicle)

Claims (6)

水素に改質可能な燃料用ガスを供給する燃料用ガスタンクと水素が充填される水素タンクとを有するガススタンドと、A gas stand having a fuel gas tank for supplying hydrogen-reforming fuel gas and a hydrogen tank filled with hydrogen;
前記燃料用ガスタンクより供給された燃料用ガスから水素を生成して前記水素タンクに充填する水素生成供給装置を有する移動可能な水素製造車両と、  A movable hydrogen production vehicle having a hydrogen generation and supply device that generates hydrogen from the fuel gas supplied from the fuel gas tank and fills the hydrogen tank;
を備えたことを特徴とする水素供給システム。A hydrogen supply system comprising:
水素に改質可能な燃料用ガスを供給する燃料用ガス精製工場と、A fuel gas refinery that supplies hydrogen-reforming fuel gas,
水素が充填される水素タンクを有するガススタンドと、A gas stand having a hydrogen tank filled with hydrogen;
前記燃料用ガス精製工場より供給された燃料用ガスから水素を生成して前記水素タンクに充填する水素生成供給装置を有し、前記燃料用ガス精製工場と前記ガススタンドとの間を移動可能な水素製造車両と、A hydrogen generation and supply device for generating hydrogen from the fuel gas supplied from the fuel gas refining plant and filling the hydrogen tank, and is movable between the fuel gas refining plant and the gas stand A hydrogen production vehicle;
を備えたことを特徴とする水素供給システム。A hydrogen supply system comprising:
前記水素タンクは、水素を燃料とする燃料電池式電気自動車に着脱自在に搭載される請求項1又は2記載の水素供給システム。The hydrogen supply system according to claim 1, wherein the hydrogen tank is detachably mounted on a fuel cell electric vehicle using hydrogen as a fuel. 水素に改質可能な燃料用ガスを供給するガススタンドに、水素を充填可能な水素タンクを設け、A hydrogen tank that can be filled with hydrogen is installed in the gas stand that supplies fuel gas that can be reformed into hydrogen.
燃料用ガスから水素を生成する水素製造車両を前記ガススタンドに移動させ、  Moving a hydrogen production vehicle that produces hydrogen from fuel gas to the gas station;
前記ガススタンドより前記水素製造車両に前記燃料用ガスを供給して水素を生成し、  Supplying the fuel gas from the gas stand to the hydrogen production vehicle to generate hydrogen;
該水素を前記ガススタンドの水素タンクに充填することを特徴とする水素供給方法。  A hydrogen supply method, wherein the hydrogen tank is filled in the hydrogen tank.
ガススタンドに、水素を充填可能な水素タンクを設け、A hydrogen tank that can be filled with hydrogen is installed in the gas stand.
水素に改質可能な燃料用ガスを供給する燃料用ガス精製工場より、燃料用ガスから水素を生成する水素製造車両に前記燃料用ガスを供給し、輸送させ、  From a fuel gas refinery plant that supplies fuel gas that can be reformed to hydrogen, supply the fuel gas to a hydrogen production vehicle that generates hydrogen from the fuel gas, and transport the fuel gas,
輸送中に生成された水素を前記ガススタンドの水素タンクに充填することを特徴とする水素供給方法。  A hydrogen supply method, wherein hydrogen generated during transportation is filled in a hydrogen tank of the gas stand.
水素に改質可能な燃料用ガスが供給され、該燃料用ガスから水素を加熱生成する水素生成装置と、A hydrogen generating device that is supplied with a fuel gas that can be reformed into hydrogen and that heats and generates hydrogen from the fuel gas;
該生成した水素を走行風により冷却するコンデンサと、A condenser that cools the generated hydrogen by running wind;
該冷却された水素を外部に供給する水素供給装置とを有し、移動可能であることを特徴とする水素製造車両。A hydrogen production vehicle comprising: a hydrogen supply device that supplies the cooled hydrogen to the outside and is movable.
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