JP4424935B2 - 移動式水素ステーションおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池搭載車両に水素を充填するための移動式水素ステーションおよびその運転方法に関するものである。

燃料電池搭載車両は、従来のガソリンエンジン搭載車両に比べてクリーンでエネルギー効率がよく、電気自動車のようにバッテリー充電も不要で安定した出力を得ることができることから、その普及が望まれている。このような燃料電池搭載車両は、水素ガスを駆動源として供給する必要があるため、その普及のためには、ガソリンスタンドのような固定式の水素ガス供給ステーションを全国に分散配置する必要がある。このような水素ステーションに関する先行技術文献として、例えば下記の特許文献１が存在する。
特開２００２−６１７９７号公報

ところが、固定式の水素ステーションを全国に配置するには、莫大な先行投資が必要であり、現状の燃料電池搭載車の普及台数から考えて甚だ現実的ではない。したがって、燃料電池搭載車が相当台数普及するまでの間は、固定式の水素ステーションを建設するのではなく、暫定的に、水素ガスを貯蔵タンク等に貯蔵して運搬し、仮設の移動式の水素ステーションから燃料電池搭載車に充填することが検討されている。

しかしながら、水素ガスは、空気中への幅広い混入率で爆発する性質を有するため、運搬の際に危険を伴うことから、移動式の水素ステーションや水素ガスの運搬にあたっては、より安全性の高いものが必要とされている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、水素の運搬時の安全性を確保した移動式水素ステーションおよびその運転方法を提供することを目的とする。

本発明の移動式水素ステーションは、燃料電池搭載車両に供給するための水素を蓄える蓄ガス器と、所定の水素源から上記蓄ガス器に対して水素を導入する導入ラインと、上記蓄ガス器から燃料電池搭載車両に対して水素を供給する供給ラインと、上記導入ラインおよび／または供給ラインに不活性ガスを供給して内部の水素ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置とを備え、上記不活性ガス置換装置は上記蓄ガス器内も不活性ガスで置換するようになっていることを要旨とする。

また、本発明の移動式水素ステーションの運転方法は、燃料電池搭載車両に供給するための水素を蓄える蓄ガス器と、所定の水素源から上記蓄ガス器に対して水素を導入する導入ラインと、上記蓄ガス器から燃料電池搭載車両に対して水素を供給する供給ラインとを備えた移動式水素ステーションの運転方法であって、移動式水素ステーションを移動する前に、上記導入ラインおよび／または供給ライン内部の水素ガスを不活性ガスに置換することを要旨とする。

本発明の移動式水素ステーションは、上記導入ラインおよび供給ラインに不活性ガスを供給して内部の水素ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置を備えている。このため、上記移動式水素ステーションを実際に移動させる前に、導入ラインや供給ライン内に残留する水素を不活性ガスで置換することができる。上記導入ラインや供給ライン等の配管は、機械的強度や耐圧性がボンベ類に比べて劣り、移動用の車両に事故が起こったような場合にも破損しやすい。このように、移動中に配管に破損が生じた場合でも、配管内部が不活性ガスで置換されていることから、水素ガスの漏れに起因する爆発等を未然に防止することができる。
また、上記不活性ガス置換装置は上記蓄ガス器内も不活性ガスで置換するようになっているため、上記のように、比較的長期のスパンで移動式水素ステーションを設置するステーションでは、蓄ガス器も大容量となりがちなうえ、移動の頻度はそれほど高くないことから、移動の際には蓄ガス器内も不活性ガスで置換することにより、一層の安全性を高めることができる。

また、本発明の移動式水素ステーションの運転方法は、移動式水素ステーションを移動する前に、上記導入ラインおよび供給ライン内部の水素ガスを不活性ガスに置換する。このように、上記移動式水素ステーションを実際に移動させる前に、導入ラインや供給ライン内に残留する水素を不活性ガスで置換するため、移動中に導入ラインや供給ライン等の配管に破損が生じた場合でも、配管内部が不活性ガスで置換されていることから、水素ガスの漏れに起因する爆発等を未然に防止することができる。

本発明において、上記不活性ガス置換装置の不活性ガス供給設備には、上記導入ラインおよび／または供給ラインのバルブにバルブ駆動用の不活性ガスを供給する駆動ガス供給管が接続されている場合には、バルブ操作の際のバルブ駆動を不活性ガスのガス圧で行なうことから、水素ガス漏れ等に対する設備自体の安全性が高くなる。また、バルブ操作用の駆動動力としてのガスと、配管内の置換用のガスとを同じ不活性ガスとし、不活性ガス置換装置とバルブ駆動装置とを兼ねた装置とすることにより、設備を構成する装置を少なくし、設備の小型化やコスト節減に有利となる。

本発明において、上記蓄ガス器は水素ガスを所定の高圧で蓄ガスするものであり、上記蓄ガス器の水素を燃料電池搭載車両に対して供給するとともに、燃料電池搭載車両側の水素圧力が所定圧力に達したときに供給を停止するディスペンサー装置をさらに備え、上記供給ラインは、蓄ガス器の水素をディスペンサー装置を介して燃料電池搭載車両に対して供給する場合には、蓄ガス器に高圧で蓄ガスされた水素を車両側の圧力と蓄ガス器の圧力との差圧を利用して燃料電池搭載車両に対して供給し、車両側の圧力が所定圧力に達したときに停止することから、車両への水素供給作業が極めて簡単に行なえ、しかも水素ステーションの移動の際にはディスペンサー装置内も不活性ガスで置換されることから、安全性が確保できる。

本発明において、水素源から蓄ガス器に導入する水素を所定の高圧に昇圧する昇圧装置を備え、上記不活性ガス置換装置は昇圧装置内も不活性ガスで置換するようになっている場合には、水素源のガスを昇圧できるため、移動式水素ステーションを移動場所に設置しておき、その設置場所に水素ガス運搬用のトレーラー等で水素を運搬し、この運搬してきた水素を水素源として蓄ガス器に導入する場合に適したものとなる。したがって、例えば１週間〜数ヶ月といった比較的長期のスパンで移動式水素ステーションを設置して使用する場合に適したものとなる。また、上記不活性ガス置換装置は昇圧装置内も不活性ガスで置換するため、一層の安全性を高めることができる。

本発明において、水素源から蓄ガス器に導入する水素を所定の高圧に昇圧する昇圧装置を備えていない場合には、昇圧装置を備えた水素源から蓄ガス器に水素を導入して蓄ガスし、その状態で移動式水素ステーションを所定の場所に移動して車両に対する水素の供給を行なう場合に適したものとなる。この場合、移動の頻度が頻繁で蓄ガス器の容量も小さくなりがちであることから、蓄ガス器内の不活性ガスへの置換は行なわず、導入ラインや供給ライン等の配管内だけの置換とすることにより、作業の手順を少なくして置換に要する時間を短縮するとともにガスの消費を少なくすることができる。

本発明の移動式水素ステーションを実施するための最良の形態を説明する。

図１および図２は、本発明の一実施例の移動式水素ステーション１を示す図である。

この移動式水素ステーション１は、例えば１週間〜数ヶ月といった比較的長期のスパンで運用場所に設置して使用するのに適したものであり、水素ガスを蓄ガスする際に所定の蓄ガス圧力まで昇圧する圧縮機を備えたものである。

より詳しく説明すると、上記移動式水素ステーション１は、燃料電池搭載車両である燃料電池自動車２に供給するための水素を所定の高圧で蓄ガスする蓄ガス器２０を有する蓄ガス器ユニット３と、上記蓄ガス器ユニット３の水素を燃料電池自動車２に対して供給するディスペンサー装置４とを備えている。また、上記移動式水素ステーション１は、水素ガストレーラー等の所定の水素源６から上記蓄ガス器ユニット３に対して水素を導入する導入ライン７と、上記蓄ガス器ユニット３から燃料電池自動車２に対して水素を供給する供給ライン８とを備えている。

そして、上記移動式水素ステーション１は、上記導入ライン７および／または供給ライン８に対して不活性ガスである窒素ガスを供給して配管等の内部の水素ガスを窒素ガスに置換する不活性ガス置換装置の一部として機能する窒素ガス供給設備９を備えている。また、上記移動式水素ステーション１は、水素源６から蓄ガス器ユニット３に導入する水素を所定の高圧に昇圧する昇圧装置としての圧縮機ユニット５を備えている。

上記導入ライン７は、その上流側の端部が着脱可能な接続バルブ１０によって水素源６と接続されている。上記導入ライン７は、圧縮機ユニット５が接続された昇圧ライン７ａと，上記圧縮機ユニット５をバイパスするバイパスライン７ｂとに分岐し、上流側で１本に合流している。上記昇圧ライン７ａとバイパスライン７ｂとの分岐点の上流側には開閉弁１１が、昇圧ライン７ａとバイパスライン７ｂとの合流点の下流側には逆止弁１２が、それぞれ設けられている。また、昇圧ライン７ａとバイパスライン７ｂには、それぞれ減圧弁１３，開閉弁１４が設けられている。上記圧縮機ユニット５には、冷却水を循環させる冷却水供給設備１５が接続されて圧縮機を冷却するようになっている。

上記導入ラインの最も上流側の開閉弁１１よりもさらに上流側には、窒素ガス供給設備９からの窒素ガスを導入する窒素導入配管１６が接続されている。この窒素導入配管１６は、途中から排気路１８が分岐しており、この排気路１８は、天井部から外部に立設されたベントスタック１７に接続されている。上記窒素導入配管１６および排気路１８にはそれぞれ開閉弁３５，３６が設けられている。

上記窒素ガス供給設備９の窒素導入配管１６には、バルブ駆動用の窒素ガスを供給する駆動ガス供給管１９が分岐している。すなわち、上記不活性ガス置換装置は、蓄ガス器ユニット３への不活性ガスや水素ガスの導入、燃料電池自動車２への水素ガスの供給等の際にバルブを駆動してバルブ操作を行なうバルブ駆動用の窒素ガスも供給するようになっており、バルブ駆動装置を兼ねている。

このようにすることにより、バルブ操作の際のバルブ駆動を不活性ガスである窒素ガスのガス圧で行なうことから、水素ガス漏れ等に対する設備自体の安全性が高くなる。また、バルブ操作用の駆動動力としてのガスと、配管内の置換用のガスとを同じ窒素ガスとし、不活性ガス置換装置とバルブ駆動装置とを兼ねた装置とすることにより、設備を構成する装置を少なくし、設備の小型化やコスト節減に有利となる。

上記蓄ガス器ユニット３は、この例では、５本の蓄ガス器２０を含んで構成されている。各蓄ガス器２０には、それぞれ水素ガスを締め切る際に開閉するバルブ３４が設けられている。この例では、３つの蓄ガス器２０が１つの流通配管２１ａに合流して導入ライン７および供給ライン８と連通し、２つの蓄ガス器２０が同様に１つの流通配管２１ｂに合流して導入ライン７および供給ライン８と連通している。

上記各流通配管２１ａ，２１ｂは、それぞれ導入ライン７に接続される導入配管２２と、供給ライン８に接続される供給配管２３とに分岐している。上記導入配管２２には、各蓄ガス器２０に水素源の水素を締め切る際等に開閉する導入バルブ２４が設けられ、上記供給配管２３には、蓄ガス器２０内の水素を燃料電池自動車２に供給する際等に開閉する供給バルブ２５が設けられている。

上記供給ライン８は、ディスペンサー装置４に接続され、蓄ガス器ユニット３の水素をディスペンサー装置４を介して燃料電池自動車２に対して供給するようになっている。また、上記供給ライン８には、ベントスタック１７に連通する排気路２６が分岐しており、この排気路２６には、開閉弁２７が設けられている。

上記ディスペンサー装置４は、燃料電池自動車２に供給する水素の流量をコントロールするとともに、燃料電池自動車２側の水素圧力が所定圧力に達したときに水素ガスの供給を停止するようになっている。このディスペンサー装置４には、燃料電池自動車への供給操作を行なう際等に開閉する供給弁２８が設けられている。

上記供給ライン８の先端部には、３方向弁３１が設けられており、その１方向には、燃料電池自動車２の水素ガスタンク３０と接続されて水素ガスを供給する供給ノズル２９が設けられている。また、もう１方向には、ベントスタック１７と連通する排気路３２が接続されている。上記ベントスタック１７の直前の排気路１８には逆止弁３７が設けられている。

そして、上記移動式水素ステーション１は、例えば、図２に示すような配置でコンテナ内に収容される（コンテナの筐体は図示していない）。図２において、３３は制御盤、３８は各種バルブや計器が配置されるバルブパネルである。

上記移動式水素ステーション１は、図３（Ａ）に示すように、トレーラ等に搭載して移動し、所望の設置場所に設置することができる。そして、設置場所に設置された移動式水素ステーション１により、図３（Ｂ）に示すように、水素ガストレーラ等の水素源から蓄ガス器ユニット３に水素を導入し、蓄ガス器ユニット３に蓄えられた水素を燃料電池自動車２に供給する。

上記移動式水素ステーション１は、水素源６から蓄ガス器ユニット３に導入する水素を所定の高圧に昇圧する圧縮機ユニット５を備えていることから、水素源６のガスを昇圧できるため、移動式水素ステーション１を移動場所に設置しておき、その設置場所に水素ガス運搬用のトレーラー等で水素を運搬し、この運搬してきた水素を水素源６として蓄ガス器ユニット３に導入するような運用に適したものとなる。したがって、例えば１週間〜数ヶ月といった比較的長期のスパンで移動式水素ステーション１を設置して使用するのに適したものとなる。

上記移動式水素ステーション１では、ステーション設備の移動にあたって、不活性ガス置換装置により、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５の圧縮機および蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内を窒素ガスで置換するようになっている。このようにすることにより、上記導入ライン７や供給ライン８等の配管は、機械的強度や耐圧性が蓄ガス器類に比べて劣り、移動用の車両に事故が起こったような場合に破損しやすいことから、移動中に配管に破損が生じた場合でも、配管内部が窒素ガスで置換されていることから、水素ガスの漏れに起因する爆発等を未然に防止することができる。また、上記のように、比較的長期のスパンで移動式水素ステーションを設置するステーションでは、蓄ガス器ユニット３も大容量となりがちなうえ、移動の頻度はそれほど高くないことから、移動の際には蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内も不活性ガスで置換することにより、一層の安全性を高めることができる。

このときの、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５の圧縮機および蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内に置換された窒素ガスのガス圧は、大気圧以上、具体的には０．５ＭＰａ以上に設定するのが好ましい。このようにすることにより、仮に配管やバルブ類等に不備があっても、窒素ガスで置換された配管等の設備内への空気の侵入が防止され、より安全性が高まるからである。

つぎに、上記構成の移動式水素ステーション１の運転方法について図４に基づいて説明する。

１．設備輸送
初期状態の移動式水素ステーション１を所望の運用場所に輸送するとともに、水素ガストレーラー等の水素源６を輸送する。輸送は、コンテナ等に収容された移動式水素ステーション１をトレーラー等に積載し、トラックや牽引車等により輸送する（図３参照）。このとき、移動式水素ステーション１の導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５の圧縮機および蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内等は、窒素ガスで置換されている。窒素ガスへの置換については、後述の（６．輸送前窒素置換作業）で詳しく説明する。

２．準備作業
ついで、所望の運用場所において、移動式水素ステーション１の設置作業を行い、電気、水、窒素ガス等の接続を行なう。

３．水素置換作業
つぎに、移動式水素ステーション１の導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５の圧縮機および蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内等は、窒素ガスに置換されているため、この窒素ガスを水素に置換する。

すなわち、まず、バイパスライン７ｂの開閉弁１４、導入配管２２の導入バルブ２４、供給配管２３の供給バルブ２５、ディスペンサー装置４の供給弁２８、各蓄ガス器２０のバルブ３４をそれぞれ開とする。ついで、排気路２６の開閉弁２７を開とすることにより、ベントスタック１７から、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等に充填されていた窒素ガスを放出する。圧力がなくなった時点で排気路２６の開閉弁２７を閉とする。

ついで、水素源６に接続された接続バルブ１０および導入ライン７の開閉弁１１を開とし、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等に水素ガスを１０ＭＰａ以上で加圧充填する。所定圧力（１０ＭＰａ）に達したときに、系内で最も上流側の接続バルブ１０を閉とし、排気路１８の開閉弁３６および排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等の水素ガスを放出する。

上述した水素ガスの充填と放出を複数回繰り返すことにより、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等を完全に水素ガスに置換する。このときの必要な繰り返し数は、充填後圧力と放出後圧力との圧力差によって決まり、１０ＭＰａ以上の圧力差でおおよそ３回〜５回程度で完全に置換が完了する。その後、バイパスライン７ｂの開閉弁１４、導入配管２２の導入バルブ２４、供給配管２３の供給バルブ２５をそれぞれ閉とする。

４．運転（圧縮機）
つぎに、燃料電池自動車２に対する水素の供給のために蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内を所定の高圧（燃料電池自動車２への充填圧力以上、例えば４０ＭＰａ程度）まで昇圧して水素を充填する。まず、圧縮機ユニット５の圧縮機を起動し、接続バルブ１０、開閉弁１１、導入配管２２の導入バルブ２４をそれぞれ開とし、各蓄ガス器２０に水素を充填する。所定の高圧に達したら、圧縮機を停止し、導入配管２２の導入バルブ２４を閉とする。

５．運転（ディスペンサー装置）
ついで、燃料電池自動車２に水素ガスを充填する。供給ノズル２９を燃料電池自動車２の水素ガスタンク３０に接続する。ディスペンサー装置４を起動することにより、ディスペンサー装置４の供給弁２８および２つの供給バルブ２５のうちいずれかが開となり、燃料電池自動車２への水素の供給が行なわれる。所定の圧力（例えば３５ＭＰａ）まで充填されると、自動的に供給弁２８が閉となり供給が停止するので、供給ノズル２９を水素ガスタンク３０から外す。

このように、蓄ガス器ユニット３に高圧で蓄ガスされた水素を車両側の圧力と蓄ガス器ユニット３の圧力との差圧を利用して燃料電池自動車２に対して供給し、車両側の圧力が所定圧力に達したときに停止することから、車両への水素供給作業が極めて簡単に行なえる。

設置場所における運用中は、上記圧縮機の運転による蓄ガス器ユニット３への水素の導入と、ディスペンサー装置による蓄ガス器ユニット３に蓄えられた水素の燃料電池自動車２への供給とが適宜行なわれる。また、必要に応じて新たな水素源６である水素ガストレーラーを輸送して移動式水素ステーション１に接続する。

６．輸送前窒素置換作業
設置場所による移動式水素ステーション１の運用が終了すると、輸送を行なう前に、移動式水素ステーション１の導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５の圧縮機および蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内等を、窒素ガスで置換する。

すなわち、まず、最も水素源６に近い接続バルブ１０を閉にしたのち、開閉弁１１、バイパスライン７ｂの開閉弁１４、導入配管２２の導入バルブ２４、供給配管２３の供給バルブ２５を開とする。ついで、排気路１８の開閉弁３６および排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等の水素ガスを放出する。圧力がなくなった後に、排気路１８の開閉弁３６および排気路２６の開閉弁２７を閉とする。

つぎに、窒素導入配管１６の開閉弁３５を開とし、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等に窒素ガスを充填する。このときの充填圧力は、少なくとも大気圧以上、例えば０．５ＭＰａ程度まで充填する。そして、排気路１８の開閉弁３６および排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等の窒素ガスを放出する。

導入ライン７、供給ライン８、圧縮機ユニット５および蓄ガス器ユニット３内等への窒素ガスの充填と放出を複数回繰り返すことにより、内部を窒素ガスに置換する。このときの必要な繰り返し回数は、充填後圧力と放出後圧力との圧力差によって決まり、０．５ＭＰａ以上の圧力差でおおよそ３回〜５回程度で完全に置換が完了する。

そののち、各蓄ガス器２０のバルブ３４を閉じるとともに、開閉弁１１、バイパスライン７ｂの開閉弁１４、導入配管２２の導入バルブ２４、供給配管２３の供給バルブ２５を閉とする。

７．輸送前作業
内部の窒素ガスへの置換作業が終了すると、電気、水、窒素ガス等の供給を停止し、仮設の撤去を行なう。

８．設備輸送
そして、設置場所から移動式水素ステーション１および水素源６を撤去して搬送する。

以上のように、本発明の移動式水素ステーションおよびその運転方法によれば、上記移動式水素ステーションを実際に移動させる前に、導入ラインや供給ライン内に残留する水素を不活性ガスで置換する。そして、上記導入ラインや供給ライン等の配管は、機械的強度や耐圧性が蓄ガス器類に比べて劣り、移動用の車両に事故が起こったような場合に破損しやすいところ、移動中に配管に破損が生じた場合でも、配管内部が不活性ガスで置換されていることから、水素ガスの漏れに起因する爆発等を未然に防止することができる。そして、上記のように、比較的長期のスパンで移動式水素ステーションを設置するステーションでは、蓄ガス器も大容量となりがちなうえ、移動の頻度はそれほど高くないことから、移動の際には蓄ガス器ユニット３やディスペンサー装置４、圧縮機等の内部も窒素ガスで置換することにより、一層の安全性が確保される。

図５および図６は、本発明の第２実施例の移動式水素ステーション１を示す図である。この移動式水素ステーション１は、基本的には、図１に示したものと同様であり、以下、同様の部分には同じ符号を付して説明する。

最も大きな違いは、この移動式水素ステーション１は、水素源６から蓄ガス器ユニット３に導入する水素を所定の高圧に昇圧する圧縮機ユニット５を備えておらず、個別に設けた水素発生装置等の水素源６に備え付けられた圧縮機ユニット５により水素ガスを所定の圧力に昇圧して蓄ガス器ユニット３に充填するようになっている点にある。そして、この移動式水素ステーションは、例えば１日〜１週間程度といった比較的短期のスパンで運用場所に移動して使用するのに適したものである。

より詳しく説明すると、上記移動式水素ステーション１は、蓄ガス器ユニット３と、ディスペンサー装置４と、水素ガス発生装置等の所定の水素源６から上記蓄ガス器ユニット３に対して水素を導入する導入ライン７と、上記蓄ガス器ユニット３から燃料電池自動車２に対して水素を供給する供給ライン８とを備えている。また、上記移動式水素ステーション１は、配管等の内部の水素ガスを窒素ガスに置換する不活性ガス置換装置の一部として機能する窒素ガス供給設備９を備えている。

そして、圧縮機ユニット５は、移動式水素ステーション１の外部に設置され、水素源６の水素を昇圧して導入ライン７に導入するようになっている。水素源６と移動式水素ステーション１の導入ライン７の上流端との間に、圧縮機ユニット５を備えた昇圧ライン７ａが設けられている。この昇圧ライン７ａの上流端に接続バルブ１０が設けられ、下流側に向かって。開閉弁１１，減圧弁１３が設けられ、圧縮機ユニット５に接続されている。圧縮機ユニット５の下流側には、逆止弁１２が設けられている。

上記導入ライン７の上流側には、窒素ガス供給設備９からの窒素ガスを導入する窒素導入配管１６が接続され、この窒素導入配管１６には開閉弁３５が設けられている。また、上記窒素ガス供給設備９には、バルブ駆動用の窒素ガスを供給する駆動ガス供給管１９が接続され、上記不活性ガス置換装置はバルブ駆動装置を兼ねている。

上記蓄ガス器ユニット３は、この例では、９本の蓄ガス器を含んで構成されている。各蓄ガス器２０には、それぞれ水素ガスを出し入れする際に開閉するバルブ３４が設けられている。この例では、３つの蓄ガス器２０が１組となって１つの流通配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃに合流して導入ライン７および供給ライン８と連通しており、このような３つの蓄ガス器２０の組が３組設けられている。

上記各流通配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、それぞれ導入ライン７に接続される導入配管２２と、供給ライン８に接続される供給配管２３とに分岐しており、上記導入配管２２には導入バルブ２４が設けられ、上記供給配管２３には供給バルブ２５が設けられている。

上記供給ライン８は、供給弁２８が設けられたディスペンサー装置４に接続され、蓄ガス器ユニット３の水素をディスペンサー装置４を介して燃料電池自動車２に対して供給するようになっている。また、上記供給ライン８には、ベントスタック１７に連通する排気路２６が分岐しており、この排気路２６には、開閉弁２７が設けられている。

上記供給ライン８の先端部には、３方向弁３１が設けられており、その１方向には、燃料電池自動車２の水素ガスタンク３０と接続されて水素ガスを供給する供給ノズル２９が設けられている。また、もう１方向には、ベントスタック１７と連通する排気路３２が接続されている。上記ベントスタック１７の直前の排気路３２には逆止弁３７が設けられている。

そして、上記移動式水素ステーション１は、例えば、図６に示すような配置でコンテナ内に収容される（コンテナの筐体は図示していない）。図２において、３３は制御盤、３８は各種バルブや計器が配置されるバルブパネルである。

そして、上記移動式水素ステーション１は、設置場所への移動の前に、あらかじめ水素源６から蓄ガス器ユニット３内に水素を蓄ガスしておき、その状態でトレーラ等で所望の設置場所に移動して設置する。設置場所では、燃料電池自動車２への水素の充填が行なわれ、例えば蓄ガス器ユニット３が所定の充填可能圧力を下回ると、設置場所から水素源６の場所まで戻して再び水素を蓄ガスすることが行なわれる。

上記移動式水素ステーション１は、水素源６から蓄ガス器ユニット３に導入する水素を所定の高圧に昇圧する圧縮機ユニット５を備えていないことから、昇圧装置を備えた水素源６から蓄ガス器２０に水素を導入して蓄ガスし、その状態で移動式水素ステーション１を所定の場所に移動して車両に対する水素の供給を行なう場合に適したものとなる。

上記移動式水素ステーション１では、ステーション設備の移動にあたって、不活性ガス置換装置により、導入ライン７および供給ライン８等の配管内を窒素ガスで置換するようになっている。このようにすることにより、上記導入ライン７や供給ライン８等の配管は、機械的強度や耐圧性が蓄ガス器類に比べて劣り、移動用の車両に事故が起こったような場合に破損しやすいことから、移動中に配管に破損が生じた場合でも、配管内部が窒素ガスで置換されていることから、水素ガスの漏れに起因する爆発等を未然に防止することができる。

そして、この移動式水素ステーション１の場合、移動の頻度が頻繁で蓄ガス器の容量も小さくなりがちであることから、蓄ガス器ユニット３内の窒素ガスへの置換は行なわず、導入ライン７や供給ライン８等の配管内だけの置換とすることにより、作業の手順を少なくして置換に要する時間を短縮するとともにガスの消費を少なくすることができる。そして、１日〜１週間程度といった比較的短期のスパンで移動式水素ステーション１を設置して使用するのに適したものとなる。

つぎに、上記構成の移動式水素ステーション１の運転方法について図７に基づいて説明する。

１．水素置換作業
まず、初期状態では、導入ライン７および供給ライン８等の配管内は窒素ガスで置換されているため、水素の蓄ガスにあたってあらかじめ上記配管内を水素に置換する。

すなわち、上記導入配管２２の導入バルブ２４および供給配管２３の供給バルブ２５を開とし、蓄ガス器２０のバルブ３４を閉とする。そして、排気路２６の開閉弁２７を開とすることにより、ベントスタック１７から、導入ライン７および供給ライン８等に充填されていた窒素ガスを放出する。圧力がなくなった時点で排気路２６の開閉弁２７を閉とする。

ついで、水素源６に接続された接続バルブ１０および昇圧ライン７ａの開閉弁１１を開とし、導入ライン７および供給ライン８等に水素ガスを１０ＭＰａ以上で加圧充填する。所定圧力（１０ＭＰａ）に達したときに接続バルブ１０を閉とし、排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７および供給ライン８等の水素ガスを放出する。この水素ガスの充填と放出を複数回繰り返すことにより、導入ライン７および供給ライン８等を完全に水素ガスに置換する。その後、導入配管２２の導入バルブ２４および供給配管２３の供給バルブ２５をそれぞれ閉とする。

２．運転（圧縮機）
つぎに、燃料電池自動車２に対する水素の供給のために蓄ガス器ユニット３の蓄ガス器２０内を所定の高圧まで昇圧して水素を充填する。まず、各蓄ガス器２０のバルブ３４を開とし、圧縮機ユニット５の圧縮機を起動するとともに、導入配管２２の導入バルブ２４をそれぞれ開とすることにより、各蓄ガス器２０に水素を充填する。所定の高圧に達したら、圧縮機を停止し、導入配管２２の導入バルブ２４を閉とする。

３．輸送前窒素置換作業
蓄ガス器ユニット３への水素の充填が終了すると、輸送を行なう前に、移動式水素ステーション１の導入ライン７および供給ライン８等を窒素ガスで置換する。

すなわち、まず、各蓄ガス器２０のバルブ３４を閉とし、導入配管２２の導入バルブ２４および供給配管２３の供給バルブ２５を開とする。排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７および供給ライン８等の水素ガスを放出する。圧力がなくなった後に、排気路２６の開閉弁２７を閉とする。

つぎに、窒素導入配管１６の開閉弁３５を開とし、導入ライン７および供給ライン８等に窒素ガスを充填する。このときの充填圧力は、少なくとも大気圧以上、例えば０．５ＭＰａ程度とする。そして、排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７および供給ライン８等の窒素ガスを放出する。

そして、導入ライン７および供給ライン８等への窒素ガスの充填と放出を複数回繰り返すことにより、内部を窒素ガスに置換する。そののち、導入配管２２の導入バルブ２４および供給配管２３の供給バルブ２５を閉とする。

４．設備輸送
蓄ガス器２０内に水素が蓄ガスされるとともに、導入ライン７および供給ライン８等の配管内が窒素ガスに置換された状態の移動式水素ステーション１を所望の運用場所に輸送する。輸送は、コンテナ等に収容された移動式水素ステーション１をトレーラー等に積載し、トラックや牽引車等により輸送する。

５．運転（ディスペンサー装置）
ついで、燃料電池自動車２に水素ガスを充填する。各蓄ガス器２０のバルブ３４を開とし、供給ノズル２９を燃料電池自動車２の水素ガスタンク３０に接続する。ディスペンサー装置４を起動することにより、ディスペンサー装置４の供給弁２８および３つの供給バルブ２５のうちいずれかが開となり、燃料電池自動車２への水素の供給が行なわれる。所定の圧力（例えば３５ＭＰａ）まで充填されると、自動的に供給弁２８が閉となり供給が停止するので、供給ノズル２９を水素ガスタンク３０から外す。

設置場所における運用中は、ディスペンサー装置による蓄ガス器ユニット３に蓄えられた水素の燃料電池自動車２への供給が適宜行なわれ、必要に応じて蓄ガス器ユニット３のガス圧が所定の供給可能圧力の下限に達するまで続けられる。

６．輸送前窒素置換作業
燃料電池自動車２への水素の供給が終了すると、輸送を行なう前に、移動式水素ステーション１の導入ライン７および供給ライン８等を窒素ガスで置換する。

すなわち、まず、各蓄ガス器２０のバルブ３４を閉とし、導入配管２２の導入バルブ２４および供給配管２３の供給バルブ２５を開とする。排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７および供給ライン８等の水素ガスを放出する。圧力がなくなった後に、排気路２６の開閉弁２７を閉とする。

つぎに、窒素導入配管１６の開閉弁３５を開とし、導入ライン７および供給ライン８等に窒素ガスを充填する。このときの充填圧力は、少なくとも大気圧以上、例えば０．５ＭＰａ程度とする。そして、排気路２６の開閉弁２７を開とし、導入ライン７および供給ライン８等の窒素ガスを放出する。

そして、導入ライン７および供給ライン８等への窒素ガスの充填と放出を複数回繰り返すことにより、内部を窒素ガスに置換する。そののち、導入配管２２の導入バルブ２４および供給配管２３の供給バルブ２５を閉とする。

７．設備輸送
そして、設置場所から移動式水素ステーション１および水素源６を撤去して搬送する。

以上のように、上記移動式水素ステーション１の運用方法では、ステーション設備の移動にあたって、不活性ガス置換装置により、導入ライン７および供給ライン８等の配管内を窒素ガスで置換するため、水素ガスの漏れに起因する爆発等を未然に防止することができる。また、１日〜１週間程度といった比較的短期のスパンで移動式水素ステーション１を設置した運用に適している。

本発明の移動式水素ステーションは、燃料電池搭載車両に対する水素ガス供給用の水素ステーションとして利用できるほか、燃料電池搭載車両以外の燃料電池使用施設に対する水素ガス供給用の水素ステーションとしても利用することができる。

本発明の移動式水素ステーションの第１実施例を示す構成説明図である。 上記第１実施例を示す斜視図である。 上記第１実施例の使用状態を示す斜視図である。 本発明の移動式水素ステーションの運転方法の第１例を示す工程説明図である。 本発明の移動式水素ステーションの第２実施例を示す構成説明図である。 上記第２実施例を示す斜視図である。 本発明の移動式水素ステーションの運転方法の第２例を示す工程説明図である。

符号の説明

１ 移動式水素ステーション
２ 燃料電池自動車
３ 蓄ガス器ユニット
４ ディスペンサー装置
５ 圧縮機ユニット
６ 水素源
７ 導入ライン
７ａ 昇圧ライン
７ｂ バイパスライン
８ 供給ライン
９ 窒素ガス供給設備
１０ 接続バルブ
１１ 開閉弁
１２ 逆止弁
１３ 減圧弁
１４ 開閉弁
１５ 冷却水供給設備
１６ 窒素導入配管
１７ ベントスタック
１８ 排気路
１９ 駆動ガス供給管
２０ 蓄ガス器
２１ａ 流通配管
２１ｂ 流通配管
２１ｃ 流通配管
２２ 導入配管
２３ 供給配管
２４ 導入バルブ
２５ 供給バルブ
２６ 排気路
２７ 開閉弁
２８ 供給弁
２９ 供給ノズル
３０ 水素ガスタンク
３１ ３方向弁
３２ 排気路
３３ 制御盤
３４ バルブ
３５ 開閉弁
３６ 開閉弁
３７ 逆止弁
３８ バルブパネル

Claims (6)

1. 燃料電池搭載車両に供給するための水素を蓄える蓄ガス器と、所定の水素源から上記蓄ガス器に対して水素を導入する導入ラインと、上記蓄ガス器から燃料電池搭載車両に対して水素を供給する供給ラインと、上記導入ラインおよび／または供給ラインに不活性ガスを供給して内部の水素ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置とを備え、上記不活性ガス置換装置は上記蓄ガス器内も不活性ガスで置換するようになっていることを特徴とする移動式水素ステーション。
2. 上記不活性ガス置換装置の不活性ガス供給設備には、上記導入ラインおよび／または供給ラインのバルブにバルブ駆動用の不活性ガスを供給する駆動ガス供給管が接続されている請求項１記載の移動式水素ステーション。
3. 上記蓄ガス器は水素ガスを所定の高圧で蓄ガスするものであり、上記蓄ガス器の水素を燃料電池搭載車両に対して供給するとともに、燃料電池搭載車両側の水素圧力が所定圧力に達したときに供給を停止するディスペンサー装置をさらに備え、上記供給ラインは、蓄ガス器の水素をディスペンサー装置を介して燃料電池搭載車両に対して供給する請求項１または２記載の移動式水素ステーション。
4. 水素源から蓄ガス器に導入する水素を所定の高圧に昇圧する昇圧装置を備え、上記不活性ガス置換装置は昇圧装置内も不活性ガスで置換するようになっている請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動式水素ステーション。
5. 水素源から蓄ガス器に導入する水素を所定の高圧に昇圧する昇圧装置を備えていない請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動式水素ステーション。
6. 燃料電池搭載車両に供給するための水素を蓄える蓄ガス器と、所定の水素源から上記蓄ガス器に対して水素を導入する導入ラインと、上記蓄ガス器から燃料電池搭載車両に対して水素を供給する供給ラインとを備えた移動式水素ステーションの運転方法であって、移動式水素ステーションを移動する前に、上記導入ラインおよび／または供給ライン内部の水素ガスを不活性ガスに置換することを特徴とする移動式水素ステーションの運転方法。

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