JP4859711B2 - 水素供給ステーション - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池自動車、水素エンジン自動車等の水素を燃料として走行する車両に搭載される車載用水素充填タンクに水素を供給するための水素供給ステーションに関するものである。

このような水素供給ステーションとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００６−９６１７４号公報

さて、近年稼働している水素供給ステーションのうち、水素貯蔵タンク内に液体水素が貯蔵されている水素供給ステーションでは、水素を充填しにきた車両の車載用水素充填タンク（燃料ボンベ）内の圧力が水素貯蔵タンク内の圧力と略等しいかあるいはそれ以上である場合、車載用水素充填タンク内の圧力および水素貯蔵タンク内の圧力を一旦大気開放し、水素貯蔵タンクから車載用水素充填タンクに水素がスムーズに流れる状態を作ってから車両への水素充填作業を開始するようにしている。

しかしながら、このような水素貯蔵タンク内の圧力が大気開放されると、そのたび（すなわち、車両に水素を充填するたび）に水素貯蔵タンク内の液体水素が瞬時に蒸発してしまう、いわゆる「フラッシュロス」と呼ばれる現象が発生し、水素の利用効率（エネルギー効率）が大幅に低下してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、水素の利用効率（エネルギー効率）を向上させることができる水素供給ステーションを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る水素供給ステーションは、水素を燃料として走行する車両に搭載された車載用水素充填タンクに水素を供給するための水素供給ステーションであって、その内部にスラッシュ水素が貯蔵されたスラッシュ水素貯蔵タンクと、前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続された水素ガスディスペンサと、前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続されたスラッシュ水素・液体水素ディスペンサと、前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記水素ガスディスペンサとを連通する第１の水素供給ラインと、前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記スラッシュ水素・液体水素ディスペンサとを連通する第２の水素供給ラインと、前記スラッシュ水素貯蔵タンクの内部圧力を低減させる減圧ポンプと、前記減圧ポンプにより吸引された前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを蓄冷および吸蔵する蓄冷・吸蔵装置と、前記蓄冷・吸蔵装置の内部に貯蔵された低温の水素ガスを圧縮して昇圧させた後、前記第１の水素供給ラインの途中に圧送する低温コンプレッサと、前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを、前記減圧ポンプ、前記蓄冷・吸蔵装置、前記低温コンプレッサを介して前記第１の水素供給ラインの途中に導く第３の水素供給ラインと、を具備している。

本発明に係る水素供給ステーションによれば、スラッシュ水素貯蔵タンク内にフラッシュロスを起こしにくいスラッシュ水素が貯蔵されていることとなるので、車両に搭載された車載用水素充填タンクに水素を充填する際に、水素供給ラインの大気開放が行われたとしても、スラッシュ水素貯蔵タンク内におけるフラッシュロスの発生を抑制（防止）することができて、水素の利用効率（エネルギー効率）を向上させることができる。
また、このような水素供給ステーションによれば、動力および設備費の面で非常に有利な減圧ポンプを用いて、いわゆる「間欠減圧法」と呼ばれるスラッシュ水素製造方法によりスラッシュ水素の製造が行われることとなるので、ランニングコストおよび設備費を低減させることができる。
さらに、このような水素供給ステーションによれば、減圧ポンプにより吸引されたスラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスは、蓄冷・吸蔵装置内に一旦貯蔵された後、低温コンプレッサを介して水素供給ラインを通過する水素ガスとともに車両に搭載された車載用水素充填タンクに充填されるようになっているので、水素の利用効率（エネルギー効率）をさらに向上させることができる。

本発明に係る水素供給ステーションは、水素を燃料として走行する車両に搭載された車載用水素充填タンクに水素を供給するための水素供給ステーションであって、その内部にスラッシュ水素が貯蔵されたスラッシュ水素貯蔵タンクと、前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続された水素ガスディスペンサと、前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続されたスラッシュ水素・液体水素ディスペンサと、前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記水素ガスディスペンサとを連通する第１の水素供給ラインと、前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記スラッシュ水素・液体水素ディスペンサとを連通する第２の水素供給ラインと、前記スラッシュ水素貯蔵タンクの内部圧力を低減させる減圧ポンプと、前記減圧ポンプにより吸引された前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを蓄冷および吸蔵する蓄冷・吸蔵装置と、前記第１の水素供給ラインおよび前記第２の水素供給ラインの冷却を終えた水素ガスを回収し、かつ、貯蔵する水素ガス回収装置と、前記水素ガス回収装置の内部に貯蔵された水素ガスを圧縮して昇圧させた後、前記第１の水素供給ラインの途中に圧送するコンプレッサと、前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを、前記減圧ポンプ、前記蓄冷・吸蔵装置、前記水素ガス回収装置、前記コンプレッサを介して前記第１の水素供給ラインの途中に導く第３の水素供給ラインと、を具備している。

本発明に係る水素供給ステーションによれば、スラッシュ水素貯蔵タンク内にフラッシュロスを起こしにくいスラッシュ水素が貯蔵されていることとなるので、車両に搭載された車載用水素充填タンクに水素を充填する際に、水素供給ラインの大気開放が行われたとしても、スラッシュ水素貯蔵タンク内におけるフラッシュロスの発生を抑制（防止）することができて、水素の利用効率（エネルギー効率）を向上させることができる。
また、このような水素供給ステーションによれば、動力および設備費の面で非常に有利な減圧ポンプを用いて、いわゆる「間欠減圧法」と呼ばれるスラッシュ水素製造方法によりスラッシュ水素の製造が行われることとなるので、ランニングコストおよび設備費を低減させることができる。
さらに、このような水素供給ステーションによれば、減圧ポンプにより吸引されたスラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスは、蓄冷・吸蔵装置内に一旦貯蔵された後、水素供給ラインを冷却した後、コンプレッサを介して水素供給ラインを通過する水素ガスとともに車両に搭載された車載用水素充填タンクに充填されるようになっているので、水素の利用効率（エネルギー効率）をさらに向上させることができる。

本発明によれば、水素の利用効率（エネルギー効率）を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る水素供給ステーションの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る水素供給ステーションの概略全体構成図である。図１に示すように、本実施形態による水素供給ステーション１は、スラッシュ水素貯蔵タンク２と、昇圧ポンプ３と、加熱手段（以下、「熱交換器」という。）４と、第１の水素ディスペンサ（以下、「高圧水素ディスペンサ」という。）５と、第２の水素ディスペンサ（以下、「スラッシュ水素・液体水素ディスペンサ」という。６と、減圧ポンプ７と、蓄冷・吸蔵装置８と、低温コンプレッサ９と、水素ガス回収装置１０と、コンプレッサ１１と、第１の水素供給ライン１２と、第２の水素供給ライン１３と、第３の水素供給ライン１４とを主たる要素として構成されたものである。

スラッシュ水素貯蔵タンク２は、タンクローリ１５等の運搬手段により運ばれてきた液体水素またはスラッシュ水素（スラッシュ状の水素：固体水素と液体水素とがシャーベット状に混合したものであり、液体水素に比べて密度が大きく、保有する寒冷量が大きいもの）、あるいは減圧ポンプ（スラッシュ水素製造装置）７を使用して製造されたスラッシュ水素を一時貯蔵しておくためのものであり、断熱真空層（図示せず）と、低温流体貯蔵槽（図示せず）とを備えている。
断熱真空槽は、その内部が真空とされ、かつ、その内面に、例えば、銅板等の輻射シールド板（図示せず）が貼られた容器であり、この断熱真空槽の内部には、低温流体貯蔵槽が収容されるようになっている。
低温流体貯蔵層は、その内部に、例えば、１３．８Ｋのスラッシュ水素を貯蔵するものである。そして、この低温流体貯蔵層の内部に貯蔵されたスラッシュ水素または過冷却状態の液体水素は、低温流体貯蔵層の内部圧力により、あるいはスラッシュ水素貯蔵タンク２の出口近傍に設けられた水素供給ポンプ（図示せず）により第１の水素供給ライン１２内に押し出されるようになっている。

昇圧ポンプ３は、第１の水素供給ライン１２を介してスラッシュ水素貯蔵タンク２から流れてきたスラッシュ水素または過冷却状態の液体水素を圧縮して昇圧させる、例えば、ピストン式の昇圧機である。
熱交換器４は、昇圧ポンプ３から吐出された高圧の水素ガスを昇温（あるいは加熱）するものであり、熱交換器４を通過した高圧の水素ガスは、高圧水素ディスペンサ５に供給されるようになっている。

高圧水素ディスペンサ５は、その一端部に、車両（例えば、燃料電池自動車や水素エンジン自動車等）１６に搭載された車載用水素充填タンク１６ａに取り付けられた車載側カプラ（図示せず）と接続可能（着脱可能）に構成されたディスペンサ側カプラ（図示せず）を有するディスペンサ側ホース５ａが接続された水素ガス充填装置である。
スラッシュ水素・液体水素ディスペンサ６は、その一端部に、車両（例えば、燃料電池自動車や水素エンジン自動車等）１６に搭載された車載用水素充填タンク１６ａに取り付けられた車載側カプラ（図示せず）と接続可能（着脱可能）に構成されたディスペンサ側カプラ（図示せず）を有するディスペンサ側ホース６ａが接続されたスラッシュ水素・液体水素充填装置である。

減圧ポンプ７は、スラッシュ水素貯蔵タンク２内の圧力を間欠的に減圧させるためのポンプであり、いわゆる「間欠減圧法」と呼ばれるスラッシュ水素製造方法によりスラッシュ水素貯蔵タンク２内に貯蔵されたスラッシュ水素（より詳しくは、液体水素）の表面（液面）に固体水素（薄く凍った水素）を適宜必要に応じて繰り返し発生させるためのものである。なお、スラッシュ水素（より詳しくは、液体水素）の表面（液面）に生成された固体水素は、順次その重みでスラッシュ水素貯蔵タンク２の底部に沈降していき、スラッシュ水素貯蔵タンク２の底部に貯蔵されることとなる。

蓄冷・吸蔵装置８の内部には、スラッシュ水素貯蔵タンク２内でボイルオフガスとなった低温の水素ガス、および減圧ポンプ７により吸引されたスラッシュ水素貯蔵タンク２内の低温の水素ガスを吸蔵するカーボンナノチューブ（Carbon nanotube）や水素吸蔵合金等の水素吸蔵材（図示せず）、および鉛、銅、ステンレス鋼、磁性材料等の蓄冷材（図示せず）が収容（充填）されている。なお、水素吸蔵材として蓄冷機能を有しているものを使用する場合には、蓄冷材を不要とすることができ、その分、蓄冷・吸蔵装置８の内部により多くの水素吸蔵材を充填することができるようになる。

低温コンプレッサ９は、蓄冷・吸蔵装置８の内部に貯蔵された低温の水素ガス、より詳しくは、水素吸蔵材に取り込まれた（貯えられた）低温の水素ガスを圧縮して昇圧させた後、熱交換器４と高圧水素ディスペンサ５との間に位置する第１の水素供給ライン１２の途中に圧送する圧縮機である。

水素ガス回収装置１０は、蓄冷・吸蔵装置８から供給されて昇圧ポンプ３、第１の水素供給ライン１２、および第２の水素供給ライン１３の冷却を終えた水素ガスを回収し、かつ、貯蔵する装置である。
コンプレッサ１１は、水素ガス回収装置１０の内部に貯蔵された水素ガスを圧縮して昇圧させた後、熱交換器４と高圧水素ディスペンサ５との間に位置する第１の水素供給ライン１２の途中に圧送する圧縮機である。

第１の水素供給ライン１２は、スラッシュ水素貯蔵タンク２と昇圧ポンプ３、昇圧ポンプ３と熱交換器４、熱交換器４と高圧水素ディスペンサ５とをそれぞれ連通している配管である。
第２の水素供給ライン１３は、スラッシュ水素貯蔵タンク２と昇圧ポンプ３との間に位置する第１の水素供給ライン１２と、スラッシュ水素・液体水素ディスペンサ６とを連通している配管であり、スラッシュ水素貯蔵タンク２の低温流体貯蔵層の内部に貯蔵されたスラッシュ水素または過冷却状態の液体水素が、略そのままの状態でスラッシュ水素・液体水素ディスペンサ６に供給されるようになっている。

第３の水素供給ライン１４は、スラッシュ水素貯蔵タンク２内でボイルオフガスとなった低温の水素ガスを蓄冷・吸蔵装置８に導く第１の導管１４ａ、スラッシュ水素貯蔵タンク２と減圧ポンプ７、減圧ポンプ７と蓄冷・吸蔵装置８とをそれぞれ連通する第２の導管１４ｂ、蓄冷・吸蔵装置８と低温コンプレッサ９、低温コンプレッサ９と第１の水素供給ライン１２とをそれぞれ連通する第３の導管１４ｃ、その一端が蓄冷・吸蔵装置８と低温コンプレッサ９との間に位置する第３の導管１４ｃに接続され、その他端が水素ガス回収装置１０に接続されて、その内部を通過する低温の水素ガスにより昇圧ポンプ３および第１の水素供給ライン１２を冷却するように配置された第４の導管１４ｄ、その一端が第３の導管１４ｃに接続され、その他端が水素ガス回収装置１０に接続されて、その内部を通過する低温の水素ガスにより第２の水素供給ライン１３を冷却するように配置された第５の導管１４ｅ、および水素ガス回収装置１０とコンプレッサ１１、コンプレッサ１１と第１の水素供給ライン１２とをそれぞれ連通する第６の導管１４ｆとを備えた配管である。

なお、図１中の符号Ｌ１はタンクローリ１５等の運搬手段により運ばれてきた液体水素またはスラッシュ水素をスラッシュ水素貯蔵タンク２に移送する際に発生する受入時ロスを、符号Ｌ２は昇圧ポンプ３および第１の水素供給ライン１２を冷却する際に発生する昇圧ポンプおよび配管予冷ロスを、符号Ｌ３は第２の水素供給ライン１３を冷却する際に発生する配管予冷ロスを示している。

本実施形態に係る水素供給ステーション１によれば、スラッシュ水素貯蔵タンク２内にフラッシュロスを起こしにくいスラッシュ水素が貯蔵されていることとなるので、車両１６に搭載された車載用水素充填タンク１６ａに水素を充填する際に、第１の水素供給ライン１２および／または第２の水素供給ライン１３の大気開放が行われたとしても、スラッシュ水素貯蔵タンク２内におけるフラッシュロスの発生を抑制（防止）することができて、水素の利用効率（エネルギー効率）を向上させることができる。
また、本実施形態に係る水素供給ステーション１では、動力および設備費の面で非常に有利な減圧ポンプ７を用いてスラッシュ水素の製造が行われることとなるので、ランニングコストおよび設備費を低減させることができる。
さらに、スラッシュ水素貯蔵タンク２内でボイルオフガスとなった低温の水素ガス、および減圧ポンプ７により吸引されたスラッシュ水素貯蔵タンク２内の低温の水素ガスは、蓄冷・吸蔵装置８内に一旦貯蔵された後、低温コンプレッサ９を介して第１の水素供給ライン１２を通過する水素ガスとともに車両１６に搭載された車載用水素充填タンク１６ａに充填され、あるいは昇圧ポンプ３、第１の水素供給ライン１２、および第２の水素供給ライン１３を冷却した後、コンプレッサ１１を介して第１の水素供給ライン１２を通過する水素ガスとともに車両１６に搭載された車載用水素充填タンク１６ａに充填されるようになっているので、水素の利用効率（エネルギー効率）をさらに向上させることができる。

さらにまた、熱交換器４を出て高圧水素ディスペンサ５に入る水素ガスに、第３の導管１４ｃを介して低温の水素ガスおよび／または第６の導管１４ｆを介して水素ガス（第３の導管１４ｃを介して供給される低温の水素ガスよりも温度の高い（例えば、常温の）水素ガス）を供給（混合）することができるので、高圧水素ディスペンサ５から車両１６に供給される水素ガスの温度（例えば、車載用水素充填タンク１６ａの入口における水素ガスの温度）が、水素ガスを急速に充填した場合でも車載用水素充填タンク１６ａのタンク温度がその上限値を越えないように、所望の温度（例えば、−４０℃〜−２０℃）に維持することができる。これにより、車両１６への水素ガスの充填速度を速めることができ、充填作業に要する作業時間を短縮することができるとともに、満充填することができる。
すなわち、車載用水素充填タンク１６ａの入口における水素ガスの温度を、例えば、−４０℃〜−２０℃に維持することができ、水素ガスを急速に充填した場合でも車載用水素充填タンク１６ａのタンク温度を、例えば、８０℃程度に抑えることができて、充填速度を途中で落とすことなく充填することができ、車両１６へ水素ガスを急速に充填することができるとともに、満充填することができる。
また、充填圧力が上がり、車載用水素充填タンク１６ａのタンク温度が上がって、車載用水素充填タンク１６ａのタンク温度がその上限値に近づいたら（その上限値を越えてしまいそうな時には）、高圧水素ディスペンサ５から車両１６に供給される水素ガスの温度をさらに下げてやることにより、タンク温度を低下させることができ、タンク温度がその上限値を超えてしまうことを防止することができて、タンク内により高圧（例えば、８０ＭＰａ）の水素ガスを充填することができる。

なお、上述した本実施形態において、当該水素供給ステーション１とは別の場所に設けられたスラッシュ水素製造工場で製造されたスラッシュ水素をタンクローリ１５等の運搬手段により運搬し、当該水素供給ステーション１のスラッシュ水素貯蔵タンク２に移送するようにするとさらに好適である。
これにより、タンクローリ１５等の運搬手段により運ばれてきたスラッシュ水素をスラッシュ水素貯蔵タンク２に移送する際に発生するフラッシュロスを抑制（防止）することができ（すなわち、図１中の受入時ロスＬ１を低減させることができ）、水素の利用効率（エネルギー効率）をさらに向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る水素供給ステーションの概略全体構成図である。

符号の説明

１ 水素供給ステーション
２ スラッシュ水素貯蔵タンク
５ 高圧水素ディスペンサ（ディスペンサ）
５ａ ディスペンサ側ホース
７ 減圧ポンプ
８ 蓄冷・吸蔵装置
９ 低温コンプレッサ
１０ 水素ガス回収装置
１１ コンプレッサ
１２ 第１の水素供給ライン（水素供給ライン）
１６ 車両
１６ａ 車載用水素充填タンク

Claims (2)

1. 水素を燃料として走行する車両に搭載された車載用水素充填タンクに水素を供給するための水素供給ステーションであって、
   その内部にスラッシュ水素が貯蔵されたスラッシュ水素貯蔵タンクと、
   前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続された水素ガスディスペンサと、
   前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続されたスラッシュ水素・液体水素ディスペンサと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記水素ガスディスペンサとを連通する第１の水素供給ラインと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記スラッシュ水素・液体水素ディスペンサとを連通する第２の水素供給ラインと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンクの内部圧力を低減させる減圧ポンプと、
   前記減圧ポンプにより吸引された前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを蓄冷および吸蔵する蓄冷・吸蔵装置と、
   前記蓄冷・吸蔵装置の内部に貯蔵された低温の水素ガスを圧縮して昇圧させた後、前記第１の水素供給ラインの途中に圧送する低温コンプレッサと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを、前記減圧ポンプ、前記蓄冷・吸蔵装置、前記低温コンプレッサを介して前記第１の水素供給ラインの途中に導く第３の水素供給ラインと、を具備してなることを特徴とする水素供給ステーション。
2. 水素を燃料として走行する車両に搭載された車載用水素充填タンクに水素を供給するための水素供給ステーションであって、
   その内部にスラッシュ水素が貯蔵されたスラッシュ水素貯蔵タンクと、
   前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続された水素ガスディスペンサと、
   前記車載用水素充填タンクに取り付けられた車載側カプラと接続可能に構成されたディスペンサ側カプラを有するディスペンサ側ホースが接続されたスラッシュ水素・液体水素ディスペンサと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記水素ガスディスペンサとを連通する第１の水素供給ラインと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンクと前記スラッシュ水素・液体水素ディスペンサとを連通する第２の水素供給ラインと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンクの内部圧力を低減させる減圧ポンプと、
   前記減圧ポンプにより吸引された前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを蓄冷および吸蔵する蓄冷・吸蔵装置と、
   前記第１の水素供給ラインおよび前記第２の水素供給ラインの冷却を終えた水素ガスを回収し、かつ、貯蔵する水素ガス回収装置と、
   前記水素ガス回収装置の内部に貯蔵された水素ガスを圧縮して昇圧させた後、前記第１の水素供給ラインの途中に圧送するコンプレッサと、
   前記スラッシュ水素貯蔵タンク内の低温の水素ガスを、前記減圧ポンプ、前記蓄冷・吸蔵装置、前記水素ガス回収装置、前記コンプレッサを介して前記第１の水素供給ラインの途中に導く第３の水素供給ラインと、を具備してなることを特徴とする水素供給ステーション。

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