JP3909819B2 - 水素供給機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池等の様に水素を使用する機器に対して水素を供給するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４の従来技術によるハイブリッド式水素供給ステーションシステムは、液体水素タンク１に貯蔵された液体水素を気化するベーパライザ２を有し、気化した水素ガスを水素消費側１０へ供給する第１の経路Ｌ１と、水素分離型改質器３と水素吸藏合金４とからなる水素分離型水素製造装置５を有する第２の経路Ｌ２とを有している。
【０００３】
前記第１の経路Ｌ１におけるベーパライザ２の下流側には、配置順に夫々クッションタンク６と圧縮機７と蓄ガス器８と、末端にはディスペンサ９を介装しており、前記第２の経路Ｌ２はクッションタンク６に連通しており、クッションタンク６は第１の経路Ｌ１のベーパライザ２で液体水素から変換された水素ガスと、第２の経路Ｌ２の水素分離型水素製造装置５で製造された水素ガスを混合し、圧力の変動を吸収している。
【０００４】
また、前記液体水素タンク１とクッションタンク６とは、液体水素タンク１内で自然に気化した水素ガス（ＢＯＧ；ボイルオフガス）をクッションタンク６に回収するための自然気化水素ガス回収回路Ｌ３によって連通している。
尚、図４において符号１０は水素ガスを供給される対象物である例えば燃料電池搭載車両を示している。
【０００５】
前記水素分離型水素製造装置５を構成する前記水素吸藏合金４は前記水素分離型改質器３から水素ガスを吸収する際には冷却が必要となり、クッションタンク６に水素ガスを排出する際には加熱が必要となる。
即ち、水素供給機構には冷却系と、加熱系の双方が必要となり、構造が複雑化し、コスト高騰の要因ともなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、水素吸藏合金を用いることなく、水素分離型改質器から水素ガスを確実に吸引することが出来るような水素供給機構の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素供給機構は、（液体水素タンク１に貯蔵された）液体水素を気化する気化手段（ベーパライザ２）を有する第１の経路（Ｌ１）と、水素分離型改質器３を有する第２の経路（Ｌ２）とを有し、該第２の経路（Ｌ２）は第１の経路（Ｌ１）における気化手段（２）下流側の領域に介装されたエジェクタ（１２）の２次側（１２ａ）に連通している（請求項１）。
【０００８】
より詳細には、前記第２の経路（Ｌ２）は水素分離器（３）の水素ガス吐出口（３ａ）とエジェクタの２次側（１２ａ）とを連通している。
【０００９】
係る構成を具備する本発明によれば、前記第２の経路（Ｌ２）により、水素分離型改質器（３）の水素ガス吐出口（３ａ）とエジェクタ（１２）の２次側（１２ａ）とが連通され、エジェクタ（１２）の２次側（１２ａ）に作用する負圧が（図２に原理を示す）水素分離型改質器（３）の（例えばパラジウム合金製の）水素分離管（３ｂ）の内側（水素ガス吐出口）に作用して、水素分離型改質器（３）の触媒充填部分（３ｃ）で発生した水素Ｈ２が水素分離管（３ｂ）の管壁を負圧のためより多く透過する。
【００１０】
その結果、水素吸蔵合金を用いること無く、（前記エジェクタ１２により）水素分離型改質器（３）から水素ガスＨ２を吸引して、水素消費側（例えば燃料電池搭載車両１０）で利用することが出来るのである。
【００１１】
本発明の実施に際して、液体水素タンク（１）に貯蔵された液体水素を気化手段（ベーパライザ２）により気化して水素消費側（１０）へ供給する第１の経路（Ｌ１）と、改質器（３）で製造した水素ガスを水素消費側（１０）へ供給する第２の経路とが合流しており、第１の経路（Ｌ１）と第２の経路（Ｌ２）との合流箇所（１２）から水素消費側（１０）の領域に設けられた圧縮器（７０）には中間冷却器（７５）が設けられ、該中間冷却器（７５）に冷熱を供給する冷媒循環系（ＣＬ）には熱交換器（１４）が介装されており、該熱交換器（１４）は、液体水素タンク（１）から気化手段（２）に供給される液体水素の保有する冷熱を、前記冷媒循環系（ＣＬ）を流れる冷媒へ投入する様に構成されているのが好ましい（図３）。
【００１２】
上述した様な構成を採用した場合には、液体水素が保有する冷熱を有効に利用することが出来るので、省エネルギの観点から有効であり、且つ、水素を利用する燃料電池その他の水素ガスを使用するシステム全体の効率を向上することが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の水素供給機構の実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の第1実施形態の水素供給機構は第１の経路Ｌ１と 、第２の経路Ｌ２とを有している。
第１の経路Ｌ１は、液体水素タンク１に貯蔵された液体水素を気化する気化手段（ベーパライザ）２と、該ベーパライザ２の下流側に介装されたエジェクタ１２とを有しており、気化した水素ガスを水素消費側１０へ供給している。
第２の経路Ｌ２は、天然ガスと水蒸気を投入して水素ガスを製造する水素分離型改質器３を有し、該水素分離型改質器から前記エジェクタ１２の２次側１２ａに連通している。
【００１５】
前記第１の経路Ｌ１におけるエジェクタ１２の下流側には、配置順に夫々クッションタンク６と圧縮機７と蓄ガス器８と、末端には水素消費対象である例えば燃料電池搭載車両１０に水素ガスを供給するディスペンサ９を介装している。
【００１６】
前記エジェクタ１２は、水素分離型水素製造装置５で製造された水素ガスを前記第２の経路Ｌ２を介して吸引しており、前記クッションタンク６は、第１の経路Ｌ１のベーパライザ２で液体水素から気化された水素ガスと、第２の経路Ｌ２上流の水素分離型改質器３で製造され、前記エジェクタ１２によって吸引された水素ガスを混合した上で圧力変動を吸収している。
【００１７】
また、前記液体水素タンク１とクッションタンク６とは、液体水素タンク１内で自然に気化した水素ガス（ＢＯＧ；ボイルオフガス）をクッションタンク６に回収するための自然気化水素ガス回収回路（以降ＢＯＧ回収回路と略記する）Ｌ３によって連通している。
【００１８】
ＢＯＧ回収回路Ｌ３の流体水素タンク１近傍には圧力調整弁Ｖが介装してあり、該圧力調整弁Ｖの開度によってＢＯＧの圧力を自由に調整出来るようになっている。
尚、ＢＯＧの発生は少ないことが好ましく、圧力調整弁Ｖの開放圧力は高めに設定してあり、従ってＢＯＧ回収回路Ｌ３にはエジェクタは不要である。
【００１９】
係る構成を具備する図１の第１実施形態によれば、水素分離型改質器３の水素ガス吐出口３ａとエジェクタ１２の２次側１２ａとを連通することにより、エジェクタ１２の２次側１２ａに作用する負圧が水素分離型改質器３のパラジウム合金製の水素分離管３ｂの内側（水素ガス吐出口）に作用して、水素分離型改質器３の触媒充填部分３ｃで発生した水素Ｈ２が水素分離管３ｂの管壁を容易に透過することが出来る。
その結果、水素吸蔵合金が不要となる。
【００２０】
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図３の第２実施形態は図１の第１実施例に対して、圧縮機７０（図１では７）内に中間冷却器７５を設け、第１の経路Ｌ１の液体タンク１とベーパライザ２の間に熱交換器１４を介装し、該熱交換器１４と該中間冷却器７５とを冷媒循環系ＣＬの冷媒を循環させる様に構成してあることが異なる。
なお、該熱交換器１４から該中間冷却器７５の領域には流過順に流量又は圧力を調整する調整弁１５と、冷媒タンク１６と、冷媒を循環させる循環ポンプ１７が介装してある。
【００２１】
係る構成を具備する図３の第２実施形態によれば、前記熱交換器１４は液体タンク１からベーパライザ２に供給される液体水素の保有する冷熱を、前記冷媒循環系ＣＬを流れる冷媒へ投入し、圧縮機７０を効果的に冷却するように構成されているために、液体水素が保有する冷熱を有効に利用することが出来る。
【００２２】
更に水素を利用する燃料電池その他の水素ガスを使用するシステム全体の効率を向上することが出来る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） 水素分離型改質器の水素ガス吐出口とエジェクタの２次側とを連通させることにより、エジェクタの２次側に作用する負圧が水素分離型改質器のパラジウム合金製水素分離管の内側に作用して、水素分離型改質器の触媒充填部分に発生した水素ガスが水素分離管の管壁を透過し易くなる。
（２） エジェクタの吸引作用により、水素吸蔵合金を廃止出来る。
（３） 圧縮機に内装された中間冷却器と、液体タンクとベーパライザの間に介装した熱交換器とを循環する様に冷媒循環系ＣＬを設けることで液体水素が保有する冷熱を圧縮機の冷却に有効に利用することが出来る。
（４） 水素を利用する燃料電池その他の水素ガスを使用するシステム全体の効率を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】水素分離型改質器の原理を示す原理図。
【図３】本発明の第２実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図４】従来技術の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１・・・液体水素タンク
２・・・ベーパライザ
３・・・水素分離型改質器
６・・・クッションタンク
７、７０・・・圧縮機
８・・・蓄ガス器
９・・・ディスペンサ
１０・・・燃料電池搭載車両
１２・・・エジェクタ
１４・・・熱交換器
１５・・・調整弁
１７・・・循環ポンプ
７５・・・中間冷却器
Ｌ１・・・第１の経路
Ｌ２・・・第２の経路
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池等の様に水素を使用する機器に対して水素を供給するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４の従来技術によるハイブリッド式水素供給ステーションシステムは、液体水素タンク１に貯蔵された液体水素を気化するベーパライザ２を有し、気化した水素ガスを水素消費側１０へ供給する第１の経路Ｌ１と、水素分離型改質器３と水素吸藏合金４とからなる水素分離型水素製造装置５を有する第２の経路Ｌ２とを有している。
【０００３】
前記第１の経路Ｌ１におけるベーパライザ２の下流側には、配置順に夫々クッションタンク６と圧縮機７と蓄ガス器８と、末端にはディスペンサ９を介装しており、前記第２の経路Ｌ２はクッションタンク６に連通しており、クッションタンク６は第１の経路Ｌ１のベーパライザ２で液体水素から変換された水素ガスと、第２の経路Ｌ２の水素分離型水素製造装置５で製造された水素ガスを混合し、圧力の変動を吸収している。
【０００４】
また、前記液体水素タンク１とクッションタンク６とは、液体水素タンク１内で自然に気化した水素ガス（ＢＯＧ；ボイルオフガス）をクッションタンク６に回収するための自然気化水素ガス回収回路Ｌ３によって連通している。
尚、図４において符号１０は水素ガスを供給される対象物である例えば燃料電池搭載車両を示している。
【０００５】
前記水素分離型水素製造装置５を構成する前記水素吸藏合金４は前記水素分離型改質器３から水素ガスを吸収する際には冷却が必要となり、クッションタンク６に水素ガスを排出する際には加熱が必要となる。
即ち、水素供給機構には冷却系と、加熱系の双方が必要となり、構造が複雑化し、コスト高騰の要因ともなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、水素吸藏合金を用いることなく、水素分離型改質器から水素ガスを確実に吸引することが出来るような水素供給機構の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素供給機構は、（液体水素タンク１に貯蔵された）液体水素を気化する気化手段（ベーパライザ２）を有する第１の経路（Ｌ１）と、水素分離型改質器３を有する第２の経路（Ｌ２）とを有し、該第２の経路（Ｌ２）は第１の経路（Ｌ１）における気化手段（２）下流側の領域に介装されたエジェクタ（１２）の２次側（１２ａ）に連通している（請求項１）。
【０００８】
より詳細には、前記第２の経路（Ｌ２）は水素分離器（３）の水素ガス吐出口（３ａ）とエジェクタの２次側（１２ａ）とを連通している。
【０００９】
係る構成を具備する本発明によれば、前記第２の経路（Ｌ２）により、水素分離型改質器（３）の水素ガス吐出口（３ａ）とエジェクタ（１２）の２次側（１２ａ）とが連通され、エジェクタ（１２）の２次側（１２ａ）に作用する負圧が（図２に原理を示す）水素分離型改質器（３）の（例えばパラジウム合金製の）水素分離管（３ｂ）の内側（水素ガス吐出口）に作用して、水素分離型改質器（３）の触媒充填部分（３ｃ）で発生した水素Ｈ２が水素分離管（３ｂ）の管壁を負圧のためより多く透過する。
【００１０】
その結果、水素吸蔵合金を用いること無く、（前記エジェクタ１２により）水素分離型改質器（３）から水素ガスＨ２を吸引して、水素消費側（例えば燃料電池搭載車両１０）で利用することが出来るのである。
【００１１】
本発明の実施に際して、液体水素タンク（１）に貯蔵された液体水素を気化手段（ベーパライザ２）により気化して水素消費側（１０）へ供給する第１の経路（Ｌ１）と、改質器（３）で製造した水素ガスを水素消費側（１０）へ供給する第２の経路とが合流しており、第１の経路（Ｌ１）と第２の経路（Ｌ２）との合流箇所（１２）から水素消費側（１０）の領域に設けられた圧縮器（７０）には中間冷却器（７５）が設けられ、該中間冷却器（７５）に冷熱を供給する冷媒循環系（ＣＬ）には熱交換器（１４）が介装されており、該熱交換器（１４）は、液体水素タンク（１）から気化手段（２）に供給される液体水素の保有する冷熱を、前記冷媒循環系（ＣＬ）を流れる冷媒へ投入する様に構成されているのが好ましい（図３）。
【００１２】
上述した様な構成を採用した場合には、液体水素が保有する冷熱を有効に利用することが出来るので、省エネルギの観点から有効であり、且つ、水素を利用する燃料電池その他の水素ガスを使用するシステム全体の効率を向上することが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の水素供給機構の実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の第1実施形態の水素供給機構は第１の経路Ｌ１と 、第２の経路Ｌ２とを有している。
第１の経路Ｌ１は、液体水素タンク１に貯蔵された液体水素を気化する気化手段（ベーパライザ）２と、該ベーパライザ２の下流側に介装されたエジェクタ１２とを有しており、気化した水素ガスを水素消費側１０へ供給している。
第２の経路Ｌ２は、天然ガスと水蒸気を投入して水素ガスを製造する水素分離型改質器３を有し、該水素分離型改質器から前記エジェクタ１２の２次側１２ａに連通している。
【００１５】
前記第１の経路Ｌ１におけるエジェクタ１２の下流側には、配置順に夫々クッションタンク６と圧縮機７と蓄ガス器８と、末端には水素消費対象である例えば燃料電池搭載車両１０に水素ガスを供給するディスペンサ９を介装している。
【００１６】
前記エジェクタ１２は、水素分離型水素製造装置５で製造された水素ガスを前記第２の経路Ｌ２を介して吸引しており、前記クッションタンク６は、第１の経路Ｌ１のベーパライザ２で液体水素から気化された水素ガスと、第２の経路Ｌ２上流の水素分離型改質器３で製造され、前記エジェクタ１２によって吸引された水素ガスを混合した上で圧力変動を吸収している。
【００１７】
また、前記液体水素タンク１とクッションタンク６とは、液体水素タンク１内で自然に気化した水素ガス（ＢＯＧ；ボイルオフガス）をクッションタンク６に回収するための自然気化水素ガス回収回路（以降ＢＯＧ回収回路と略記する）Ｌ３によって連通している。
【００１８】
ＢＯＧ回収回路Ｌ３の流体水素タンク１近傍には圧力調整弁Ｖが介装してあり、該圧力調整弁Ｖの開度によってＢＯＧの圧力を自由に調整出来るようになっている。
尚、ＢＯＧの発生は少ないことが好ましく、圧力調整弁Ｖの開放圧力は高めに設定してあり、従ってＢＯＧ回収回路Ｌ３にはエジェクタは不要である。
【００１９】
係る構成を具備する図１の第１実施形態によれば、水素分離型改質器３の水素ガス吐出口３ａとエジェクタ１２の２次側１２ａとを連通することにより、エジェクタ１２の２次側１２ａに作用する負圧が水素分離型改質器３のパラジウム合金製の水素分離管３ｂの内側（水素ガス吐出口）に作用して、水素分離型改質器３の触媒充填部分３ｃで発生した水素Ｈ２が水素分離管３ｂの管壁を容易に透過することが出来る。
その結果、水素吸蔵合金が不要となる。
【００２０】
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図３の第２実施形態は図１の第１実施例に対して、圧縮機７０（図１では７）内に中間冷却器７５を設け、第１の経路Ｌ１の液体タンク１とベーパライザ２の間に熱交換器１４を介装し、該熱交換器１４と該中間冷却器７５とを冷媒循環系ＣＬの冷媒を循環させる様に構成してあることが異なる。
なお、該熱交換器１４から該中間冷却器７５の領域には流過順に流量又は圧力を調整する調整弁１５と、冷媒タンク１６と、冷媒を循環させる循環ポンプ１７が介装してある。
【００２１】
係る構成を具備する図３の第２実施形態によれば、前記熱交換器１４は液体タンク１からベーパライザ２に供給される液体水素の保有する冷熱を、前記冷媒循環系ＣＬを流れる冷媒へ投入し、圧縮機７０を効果的に冷却するように構成されているために、液体水素が保有する冷熱を有効に利用することが出来る。
【００２２】
更に水素を利用する燃料電池その他の水素ガスを使用するシステム全体の効率を向上することが出来る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） 水素分離型改質器の水素ガス吐出口とエジェクタの２次側とを連通させることにより、エジェクタの２次側に作用する負圧が水素分離型改質器のパラジウム合金製水素分離管の内側に作用して、水素分離型改質器の触媒充填部分に発生した水素ガスが水素分離管の管壁を透過し易くなる。
（２） エジェクタの吸引作用により、水素吸蔵合金を廃止出来る。
（３） 圧縮機に内装された中間冷却器と、液体タンクとベーパライザの間に介装した熱交換器とを循環する様に冷媒循環系ＣＬを設けることで液体水素が保有する冷熱を圧縮機の冷却に有効に利用することが出来る。
（４） 水素を利用する燃料電池その他の水素ガスを使用するシステム全体の効率を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】水素分離型改質器の原理を示す原理図。
【図３】本発明の第２実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図４】従来技術の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１・・・液体水素タンク
２・・・ベーパライザ
３・・・水素分離型改質器
６・・・クッションタンク
７、７０・・・圧縮機
８・・・蓄ガス器
９・・・ディスペンサ
１０・・・燃料電池搭載車両
１２・・・エジェクタ
１４・・・熱交換器
１５・・・調整弁
１７・・・循環ポンプ
７５・・・中間冷却器
Ｌ１・・・第１の経路
Ｌ２・・・第２の経路
Claims (1)
- 液体水素を気化する気化手段を有する第１の経路と、水素分離型改質器を有する第２の経路とを有し、該第２の経路は第１の経路における気化手段下流側の領域に介装されたエジェクタの２次側に連通していることを特徴とする水素供給機構。
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| JP2001364707A JP3909819B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 水素供給機構 |
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| JP2001364707A JP3909819B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 水素供給機構 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003165703A JP2003165703A (ja) | 2003-06-10 |
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Family
ID=19174851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001364707A Expired - Fee Related JP3909819B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 水素供給機構 |
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2001
- 2001-11-29 JP JP2001364707A patent/JP3909819B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2003165703A (ja) | 2003-06-10 |
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