JP4185284B2 - Ｌｎｇを用いた水素供給装置 - Google Patents
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- Pipeline Systems (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素供給装置に関し、特にＬＮＧ（液化天然ガス）を原料に用いた水素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素を製造する場合従来は、一般的に都市ガスからメンブレンリフォーマ等を用いて水素を製造していた。
【０００３】
例えば、水素自動車に水素を充填する水素ガスステーションでは、都市ガスを供給する配管と、メンブレンリフォーマ等を備え、メンブレンリフォーマに都市ガスを送り込み、水素を製造し、製造された水素を水素貯蔵合金やタンク等に貯蔵して、必要に応じて適宜貯蔵設備から水素自動車等に水素を供給していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
水素ガスステーション等で水素自動車に水素を充填する場合、水素自動車側に冷熱を必要とし、従来は、ラジエタ、コンプレッサ等で冷媒を冷却し、冷却された冷媒を水素自動車に送り、水素自動車の貯蔵装置等を所定の状態に冷却していた。
【０００５】
またメンブレンリフォーマは一次圧力が高いほど膜を透過しやすい性質を有するため、都市ガスからメンブレンリフォーマを用いて水素を製造するには、メンブレンリフォーマへの都市ガスの圧力を高くしなければならず、従来は、都市ガスを昇圧するためにコンプレッサを設置し、コンプレッサを作動させて都市ガスの供給圧力を上昇させていた。そのため、設備費用が大きく、水素供給拠点の設置にコストがかかっていた。
【０００６】
また、都市ガスを原料とするため、ＬＮＧ基地の貯蔵設備、気化設備、付臭設備等を使用し、ガス導管、ガバナステーション等も使用しているためコストアップし、場合によっては硫黄分を除去する脱硫装置等を必要としていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するため、次のようにＬＮＧを用いた水素供給装置を構成した。
【０００８】
すなわち、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧタンクと、ＬＮＧタンクに接続した気化器と、前記気化器からのガスを用いて水素を製造するメンブレンリフォーマと、を備えてなる水素供給装置であって、前記ＬＮＧタンクから前記気化器へ前記メンブレンリフォーマの要求圧力以上に圧縮したＬＮＧを送り出すポンプと、前記メンブレンリフォーマへ送出されるガス流量を計測するガス流量計と、前記ポンプからのＬＮＧを前記ＬＮＧタンクへ戻す戻し弁と、前記ガス流量計で計測した流量が所定値よりも多い場合には前記戻し弁の開度を大きくし所定値よりも少ない場合には前記戻し弁の開度を小さくして所定の流量を維持するように制御する制御装置とを備えてＬＮＧを用いた水素供給装置を構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるＬＮＧを用いた水素供給装置の一実施形態について説明する。
【００１０】
図１に水素供給装置の全体の構成を示す。図１に示すように、水素供給装置２は、ＬＮＧタンク４と、気化器６と、圧縮器８と、水素製造装置１０と、水素貯蔵装置１２と、制御装置１４等から構成されている。
【００１１】
ＬＮＧタンク４は、タンクローリ等により運搬されたＬＮＧを流入して貯蔵する貯蔵装置である。気化器６は、ポンプ２１を介してＬＮＧタンク４に接続し、ＬＮＧタンク４からポンプ２１で送られたＬＮＧの液化ガスを気化させる装置である。ポンプ２１は、一定のＬＮＧを常時送出する。圧縮器８は、気化器６で気化されたガスを所定の圧力に圧縮し、ＣＮＧとしてＣＮＧステーション等に供給する。
【００１２】
水素製造装置１０は、メンブレンリフォーマ等からなり、天然ガスを水素に変換する。尚、水素製造装置１０は、メンブレンリフォーマに限らず、他の手段でもよい。水素貯蔵装置１２は、水素貯蔵合金、液化水素の貯蔵タンク等であり、水素製造装置１０で製造された水素を貯蔵する。水素貯蔵装置１２は、水素ガスステーション等に接続されている。また、ＬＮＧタンク４と気化器６との間には、ＬＮＧタンク４にＬＮＧを戻す戻し管と、戻し管の流量を調整する調整装置１９が設置されている。
【００１３】
制御装置１４は、調整装置１９に接続しており、制御信号を調整装置１９に送りＬＮＧのＬＮＧタンク４へ戻り量を調整する。また、気化器６と圧縮器８の間、及び気化器６と水素製造装置１０との間に流量計７、９が接続されており、これらにより流量が計測され、制御装置１４に送られる。これにより、水素製造装置１０と圧縮器８へのＬＮＧの流入量を監視し、調整装置１９の戻り量を調整してＬＮＧタンク４からのＬＮＧ量を過不足なく送出できるように制御できる。
【００１４】
また上記ＬＮＧを用いた水素供給装置２によれば、ＬＮＧをその場で気化させているため昇圧が容易であり、水素製造装置１０がメンブレンリフォーマの場合において、メンブレンリフォーマは一次圧力が高いほど膜を透過しやすいため、メンブレンリフォーマの効率を高くすることができる。また、ＬＮＧは硫黄分を含まないため、脱硫装置が不要となり、更に、圧縮器８からのＣＮＧ（圧縮天然ガス）をＣＮＧスタンド等に導入し、ＣＮＧを利用することにより効率を高くできる。
【００１５】
また、ＬＮＧの冷熱を水素製造装置１０や水素貯蔵装置１２で製造や貯蔵工程で利用したり、更に冷熱で冷媒を冷却し、冷媒により天然ガス自動車への水素供給時の冷却に用いることができる。またＬＮＧタンク４内でのＢＯＧ（気化ガス）を、水素製造装置１０のバーナに直接利用でき、ＢＯＧ処理装置を省略できる。
【００１６】
また水素製造装置１０での排熱を利用し、ＬＮＧタンク４のヒートフェンスに利用でき、ランニングコストを低減できる。
【００１７】
他の例を図２に示す。
【００１８】
これは、ＬＮＧタンク４の流出ポンプ２１に回転数を制御するインバータ２３を取り付けてある。この場合は、圧縮器８と水素製造装置１０へのＬＮＧの流入量を監視し、その増減に応じてＬＮＧタンク４からの流出量を流出ポンプ２１の流出量を調整して制御する。このようにしても、全体のＬＮＧの送出量を過不足なく制御できる。
【００１９】
図３には、水素製造装置１０と圧縮機８の流入側にそれぞれ調整弁を設け、また戻り管にも調整装置１９が設けられている。更に、気化器６の後段にはバッファタンク２４が設置してあり、バッファタンク２４の内部圧力が制御装置１４に送られる。水素貯蔵装置１２と圧縮機８の流出管にはそれぞれ流量計が取り付けられている。
【００２０】
これによれば、バッファタンク２４の内部圧力が一定となるように調整装置１９を制御し、かつ水素貯蔵装置１２と圧縮機８からの流出量に応じて調整弁を調整する。したがって、水素貯蔵装置１２や圧縮機８からの流出量に応じて、調整弁を調整して適確な制御ができるとともにそのような使用量の変動に対してもバッファタンク２４で対応することができる。
【００２１】
図４には、気化器６から、気化器６の冷熱を利用して冷却した冷媒を送り出す例を示す。送り出す冷媒の温度と流量をそれぞれ計測し、制御装置１４に送る。制御装置１４は、その冷媒の温度と流量値に基づいて、戻り弁の戻り量を調整する。
【００２２】
この場合には、冷媒の温度や流量を計測し、ＬＮＧタンク４への戻り量を、必要な回収冷熱の量に合わせて調整し、冷媒の冷却能力を一定に保つことができる。更に、バッファタンク２４を設けると、冷媒の必要量が増大してＬＮＧタンク４からの流出量を増加させてもバッファタンク２４に一次的にＬＮＧを貯蔵できるのでより効率的に作動できる。
【００２３】
図５は、図４と同様、気化器６から、気化器６の冷熱を利用した冷媒を送りだした例であり、送り出す冷媒の温度と流量をそれぞれ計測し、制御装置１４に送る。制御装置１４は、その冷媒の温度と流量値に基づいて、流出ポンプの回転数を増減させ、ＬＮＧタンク４からのＬＮＧ流量を冷媒の必要量に調整する。
【００２４】
図６は、ＬＮＧタンク４内の内部圧力が一定となるように弁を開閉し、ガスを流出させる例である。ＬＮＧタンク４の上部には、ＬＮＧタンク４内部で気化したガスを流出させる配管と、配管の開閉弁２５と、内部圧力を計測して所定圧力で開閉弁を開閉させる計測部２７が設けられている。例えば、ＬＮＧタンク４の内圧を０．１〜０．１２Ｍｐａ程度に保つこととする。そして、内圧を調整するために取り出したガスのバーナによる燃焼量に合わせて水素製造装置１０の作動を制御する。
【００２５】
これによれば、ＬＮＧタンク４の内圧が過大となることがなく、タンクの壁面を薄くでき、設計、施工が容易となる。また、ＬＮＧタンク４の内圧に代えて、配管に流量計を設け、ガスの流出量が一定となるように開閉弁を制御してもよい。
【００２６】
図７は、図４と同様、気化器６から、気化器６の冷熱を利用した冷媒を送りだし、それを水素貯蔵装置１２に送り、水素貯蔵装置１２での水素貯蔵合金の冷却に用いた例である。これにより、水素貯蔵装置１２での水素貯蔵合金を冷却でき、多量の水素を貯蔵させることができる。なお、送り出す冷媒の温度と流量をそれぞれ計測し、冷媒の温度と流量値に基づいて、ＬＮＧ流量を冷媒の必要量に調整する等は上記例と同様である。
【００２７】
図８は、図７の冷媒を圧縮器１６に送り冷却させた例である。圧縮機１６は、水素を高圧にしてＦＣＶ等に送るための装置であり、圧縮による発熱が冷媒により冷却される。これにより、圧縮器１６の過熱を防止し、やけどや機器の損傷を防止できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置によれば、ＬＮＧの有する冷熱、および気化圧を有効に利用でき、運転の切りかえ停止回数等を削減して安定した継続運転が可能となり、運転効率の高い水素供給装置を提供できる。
【００２９】
またＬＮＧの有する冷熱等を用いて水素自動車等への水素の供給を効率良く行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図４】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２ 水素供給装置
４ ＬＮＧタンク
６ 気化器
８、１６ 圧縮機
１０ 水素製造装置
１２ 水素貯蔵装置
１４ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素供給装置に関し、特にＬＮＧ（液化天然ガス）を原料に用いた水素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素を製造する場合従来は、一般的に都市ガスからメンブレンリフォーマ等を用いて水素を製造していた。
【０００３】
例えば、水素自動車に水素を充填する水素ガスステーションでは、都市ガスを供給する配管と、メンブレンリフォーマ等を備え、メンブレンリフォーマに都市ガスを送り込み、水素を製造し、製造された水素を水素貯蔵合金やタンク等に貯蔵して、必要に応じて適宜貯蔵設備から水素自動車等に水素を供給していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
水素ガスステーション等で水素自動車に水素を充填する場合、水素自動車側に冷熱を必要とし、従来は、ラジエタ、コンプレッサ等で冷媒を冷却し、冷却された冷媒を水素自動車に送り、水素自動車の貯蔵装置等を所定の状態に冷却していた。
【０００５】
またメンブレンリフォーマは一次圧力が高いほど膜を透過しやすい性質を有するため、都市ガスからメンブレンリフォーマを用いて水素を製造するには、メンブレンリフォーマへの都市ガスの圧力を高くしなければならず、従来は、都市ガスを昇圧するためにコンプレッサを設置し、コンプレッサを作動させて都市ガスの供給圧力を上昇させていた。そのため、設備費用が大きく、水素供給拠点の設置にコストがかかっていた。
【０００６】
また、都市ガスを原料とするため、ＬＮＧ基地の貯蔵設備、気化設備、付臭設備等を使用し、ガス導管、ガバナステーション等も使用しているためコストアップし、場合によっては硫黄分を除去する脱硫装置等を必要としていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するため、次のようにＬＮＧを用いた水素供給装置を構成した。
【０００８】
すなわち、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧタンクと、ＬＮＧタンクに接続した気化器と、前記気化器からのガスを用いて水素を製造するメンブレンリフォーマと、を備えてなる水素供給装置であって、前記ＬＮＧタンクから前記気化器へ前記メンブレンリフォーマの要求圧力以上に圧縮したＬＮＧを送り出すポンプと、前記メンブレンリフォーマへ送出されるガス流量を計測するガス流量計と、前記ポンプからのＬＮＧを前記ＬＮＧタンクへ戻す戻し弁と、前記ガス流量計で計測した流量が所定値よりも多い場合には前記戻し弁の開度を大きくし所定値よりも少ない場合には前記戻し弁の開度を小さくして所定の流量を維持するように制御する制御装置とを備えてＬＮＧを用いた水素供給装置を構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるＬＮＧを用いた水素供給装置の一実施形態について説明する。
【００１０】
図１に水素供給装置の全体の構成を示す。図１に示すように、水素供給装置２は、ＬＮＧタンク４と、気化器６と、圧縮器８と、水素製造装置１０と、水素貯蔵装置１２と、制御装置１４等から構成されている。
【００１１】
ＬＮＧタンク４は、タンクローリ等により運搬されたＬＮＧを流入して貯蔵する貯蔵装置である。気化器６は、ポンプ２１を介してＬＮＧタンク４に接続し、ＬＮＧタンク４からポンプ２１で送られたＬＮＧの液化ガスを気化させる装置である。ポンプ２１は、一定のＬＮＧを常時送出する。圧縮器８は、気化器６で気化されたガスを所定の圧力に圧縮し、ＣＮＧとしてＣＮＧステーション等に供給する。
【００１２】
水素製造装置１０は、メンブレンリフォーマ等からなり、天然ガスを水素に変換する。尚、水素製造装置１０は、メンブレンリフォーマに限らず、他の手段でもよい。水素貯蔵装置１２は、水素貯蔵合金、液化水素の貯蔵タンク等であり、水素製造装置１０で製造された水素を貯蔵する。水素貯蔵装置１２は、水素ガスステーション等に接続されている。また、ＬＮＧタンク４と気化器６との間には、ＬＮＧタンク４にＬＮＧを戻す戻し管と、戻し管の流量を調整する調整装置１９が設置されている。
【００１３】
制御装置１４は、調整装置１９に接続しており、制御信号を調整装置１９に送りＬＮＧのＬＮＧタンク４へ戻り量を調整する。また、気化器６と圧縮器８の間、及び気化器６と水素製造装置１０との間に流量計７、９が接続されており、これらにより流量が計測され、制御装置１４に送られる。これにより、水素製造装置１０と圧縮器８へのＬＮＧの流入量を監視し、調整装置１９の戻り量を調整してＬＮＧタンク４からのＬＮＧ量を過不足なく送出できるように制御できる。
【００１４】
また上記ＬＮＧを用いた水素供給装置２によれば、ＬＮＧをその場で気化させているため昇圧が容易であり、水素製造装置１０がメンブレンリフォーマの場合において、メンブレンリフォーマは一次圧力が高いほど膜を透過しやすいため、メンブレンリフォーマの効率を高くすることができる。また、ＬＮＧは硫黄分を含まないため、脱硫装置が不要となり、更に、圧縮器８からのＣＮＧ（圧縮天然ガス）をＣＮＧスタンド等に導入し、ＣＮＧを利用することにより効率を高くできる。
【００１５】
また、ＬＮＧの冷熱を水素製造装置１０や水素貯蔵装置１２で製造や貯蔵工程で利用したり、更に冷熱で冷媒を冷却し、冷媒により天然ガス自動車への水素供給時の冷却に用いることができる。またＬＮＧタンク４内でのＢＯＧ（気化ガス）を、水素製造装置１０のバーナに直接利用でき、ＢＯＧ処理装置を省略できる。
【００１６】
また水素製造装置１０での排熱を利用し、ＬＮＧタンク４のヒートフェンスに利用でき、ランニングコストを低減できる。
【００１７】
他の例を図２に示す。
【００１８】
これは、ＬＮＧタンク４の流出ポンプ２１に回転数を制御するインバータ２３を取り付けてある。この場合は、圧縮器８と水素製造装置１０へのＬＮＧの流入量を監視し、その増減に応じてＬＮＧタンク４からの流出量を流出ポンプ２１の流出量を調整して制御する。このようにしても、全体のＬＮＧの送出量を過不足なく制御できる。
【００１９】
図３には、水素製造装置１０と圧縮機８の流入側にそれぞれ調整弁を設け、また戻り管にも調整装置１９が設けられている。更に、気化器６の後段にはバッファタンク２４が設置してあり、バッファタンク２４の内部圧力が制御装置１４に送られる。水素貯蔵装置１２と圧縮機８の流出管にはそれぞれ流量計が取り付けられている。
【００２０】
これによれば、バッファタンク２４の内部圧力が一定となるように調整装置１９を制御し、かつ水素貯蔵装置１２と圧縮機８からの流出量に応じて調整弁を調整する。したがって、水素貯蔵装置１２や圧縮機８からの流出量に応じて、調整弁を調整して適確な制御ができるとともにそのような使用量の変動に対してもバッファタンク２４で対応することができる。
【００２１】
図４には、気化器６から、気化器６の冷熱を利用して冷却した冷媒を送り出す例を示す。送り出す冷媒の温度と流量をそれぞれ計測し、制御装置１４に送る。制御装置１４は、その冷媒の温度と流量値に基づいて、戻り弁の戻り量を調整する。
【００２２】
この場合には、冷媒の温度や流量を計測し、ＬＮＧタンク４への戻り量を、必要な回収冷熱の量に合わせて調整し、冷媒の冷却能力を一定に保つことができる。更に、バッファタンク２４を設けると、冷媒の必要量が増大してＬＮＧタンク４からの流出量を増加させてもバッファタンク２４に一次的にＬＮＧを貯蔵できるのでより効率的に作動できる。
【００２３】
図５は、図４と同様、気化器６から、気化器６の冷熱を利用した冷媒を送りだした例であり、送り出す冷媒の温度と流量をそれぞれ計測し、制御装置１４に送る。制御装置１４は、その冷媒の温度と流量値に基づいて、流出ポンプの回転数を増減させ、ＬＮＧタンク４からのＬＮＧ流量を冷媒の必要量に調整する。
【００２４】
図６は、ＬＮＧタンク４内の内部圧力が一定となるように弁を開閉し、ガスを流出させる例である。ＬＮＧタンク４の上部には、ＬＮＧタンク４内部で気化したガスを流出させる配管と、配管の開閉弁２５と、内部圧力を計測して所定圧力で開閉弁を開閉させる計測部２７が設けられている。例えば、ＬＮＧタンク４の内圧を０．１〜０．１２Ｍｐａ程度に保つこととする。そして、内圧を調整するために取り出したガスのバーナによる燃焼量に合わせて水素製造装置１０の作動を制御する。
【００２５】
これによれば、ＬＮＧタンク４の内圧が過大となることがなく、タンクの壁面を薄くでき、設計、施工が容易となる。また、ＬＮＧタンク４の内圧に代えて、配管に流量計を設け、ガスの流出量が一定となるように開閉弁を制御してもよい。
【００２６】
図７は、図４と同様、気化器６から、気化器６の冷熱を利用した冷媒を送りだし、それを水素貯蔵装置１２に送り、水素貯蔵装置１２での水素貯蔵合金の冷却に用いた例である。これにより、水素貯蔵装置１２での水素貯蔵合金を冷却でき、多量の水素を貯蔵させることができる。なお、送り出す冷媒の温度と流量をそれぞれ計測し、冷媒の温度と流量値に基づいて、ＬＮＧ流量を冷媒の必要量に調整する等は上記例と同様である。
【００２７】
図８は、図７の冷媒を圧縮器１６に送り冷却させた例である。圧縮機１６は、水素を高圧にしてＦＣＶ等に送るための装置であり、圧縮による発熱が冷媒により冷却される。これにより、圧縮器１６の過熱を防止し、やけどや機器の損傷を防止できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置によれば、ＬＮＧの有する冷熱、および気化圧を有効に利用でき、運転の切りかえ停止回数等を削減して安定した継続運転が可能となり、運転効率の高い水素供給装置を提供できる。
【００２９】
またＬＮＧの有する冷熱等を用いて水素自動車等への水素の供給を効率良く行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図４】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明のＬＮＧを用いた水素供給装置の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２ 水素供給装置
４ ＬＮＧタンク
６ 気化器
８、１６ 圧縮機
１０ 水素製造装置
１２ 水素貯蔵装置
１４ 制御装置
Claims (4)
- ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧタンクと、
ＬＮＧタンクに接続した気化器と、
前記気化器からのガスを用いて水素を製造するメンブレンリフォーマと、
を備えてなる水素供給装置であって、
前記ＬＮＧタンクから前記気化器へ前記メンブレンリフォーマの要求圧力以上に圧縮したＬＮＧを送り出すポンプと、
前記メンブレンリフォーマへ送出されるガス流量を計測するガス流量計と、
前記ポンプからのＬＮＧを前記ＬＮＧタンクへ戻す戻し弁と、
前記ガス流量計で計測した流量が所定値よりも多い場合には前記戻し弁の開度を大きくし所定値よりも少ない場合には前記戻し弁の開度を小さくして所定の流量を維持するように制御する制御装置と
を備えてなることを特徴としたＬＮＧを用いた水素供給装置。 - 前記メンブレンリフォーマに水素貯蔵装置を接続させ、前記メンブレンリフォーマで製造された水素を前記水素貯蔵装置で貯蔵し、該水素貯蔵装置から水素を供給することを特徴とした請求項１に記載のＬＮＧを用いた水素供給装置。
- 前記気化器に圧縮機を接続させ、圧縮天然ガスを供給することを特徴とした請求項１または２に記載のＬＮＧを用いた水素供給装置。
- 前記ＬＮＧタンク内の気化ガスを熱交換機を介して前記メンブレンリフォーマに送出するとともに、前記気化ガスの流出量を調整する調整弁を前記ＬＮＧタンク内部の圧力が一定となるように制御することを特徴としたことを特徴とした請求項３に記載のＬＮＧを用いた水素供給装置。
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