JP5374022B2 - 水素供給ステーション - Google Patents
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Description
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であって、その内部に液体水素および/またはスラッシュ水素が貯蔵された水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンクにその上流端が接続された第1の水素供給ラインを介して前記水素貯蔵タンクから流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる第1の昇圧ポンプと、その内部に常温・高圧の水素ガスが充填された気蓄器と、前記気蓄器にその上流端が接続され、混合器にその下流端が接続された第2の水素供給ラインと、前記第2の水素供給ラインの途中に設けられた流量調整弁と、前記水素貯蔵タンクと前記第1の昇圧ポンプとの間に位置する前記第1の水素供給ラインにその上流端が接続され、前記混合器にその下流端が接続された第3の水素供給ラインと、前記第3の水素供給ラインを介して前記水素貯蔵タンクから流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる第2の昇圧ポンプと、を備え、前記第1の水素供給ラインは、前記水素貯蔵タンクと前記第1の昇圧ポンプとを連通する配管と、前記第1の昇圧ポンプにその上流端が接続され、前記車載用水素充填タンクに内蔵された第1の熱交換器の入口から延びる車載側ホースの上流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたカプラにその下流端が接続された配管と、前記車載用水素充填タンクに内蔵された第1の熱交換器の出口から延びる車載側ホースの下流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたカプラにその上流端が接続され、前記混合器にその下流端が接続された配管と、前記混合器にその上流端が接続され、ディスペンサにその下流端が接続された配管と、前記ディスペンサにその上流端が接続され、前記車載用水素充填タンクの入口から延びる車載側ホースの上流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたディスペンサ側カプラにその下流端が接続された配管と、を備え、前記第3の水素供給ラインの途中に設けられて、前記第2の昇圧ポンプから吐出された水素がその内部を通過する第2の熱交換器と、前記車載用水素充填タンクのタンク温度および/またはタンク圧力に基づいて、前記第1の昇圧ポンプ、前記第1の熱交換器、前記第2の昇圧ポンプ、前記第2の熱交換器、前記流量調整弁および前記混合器を制御し、かつ、前記車載用水素充填タンクに供給される水素の温度を制御する制御手段と、を具備している。
すなわち、車載用水素充填タンク入口における水素ガスの温度が、例えば、−40℃〜−20℃に維持されることにより、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のタンク温度が、例えば、80℃程度に抑えられることとなるので、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のタンク温度が上がって、車載用水素充填タンク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)、車両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。
また、本発明に係る水素供給ステーションによれば、第1の熱交換器を通過する低温の水素によって車載用水素充填タンク内が冷却され、タンク温度の上昇が抑制されることとなるので、充填速度をさらに速めることができ、充填圧力をさらに上げることができて、より多くの水素ガスを充填することができる。
また、第1の熱交換器における冷熱が、車載用水素充填タンク内で発生する圧縮熱を冷却するのに有効利用されることとなるので、エネルギーロスを低減させることができ、エネルギー効率を向上させることができる。
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、水素貯蔵タンク2と、第1の昇圧ポンプ3と、第1の熱交換器4と、蓄圧器(気蓄器)5と、ディスペンサ6と、第1の水素供給ライン7と、第2の水素供給ライン8と、混合器9と、制御器10とを主たる要素として構成されたものである。
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、20Kの液体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液体水素は、下流側に位置する第1の昇圧ポンプ3により第1の水素供給ライン7内に吸引されるようになっている。
第1の熱交換器4は、第1の昇圧ポンプ3から吐出された高圧の液体水素を昇温(あるいは加熱)するものである。
ディスペンサ6は、その一端部にディスペンサ側カプラ12を有するディスペンサ側ホース(第1の水素供給ライン)13が接続された水素ガス充填装置である。また、ディスペンサ側カプラ12は、車両(例えば、燃料電池自動車や水素エンジン自動車等)14に搭載された車載用水素充填タンク(図示せず)から延びる車載側ホース(車両側水素供給ライン)15の一端部に取り付けられた車載側カプラ16と接続可能(着脱可能)に構成されている。
第2の水素供給ライン8は、蓄圧器5と混合器9とを連通している配管であり、その途中には、蓄圧器5から混合器9に流れる水素ガスの流量を調整する流量調整弁17が設けられている。
制御器10は、例えば、車両14に搭載された図示しないCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)から送られてきた車載用水素充填タンクに関する情報(例えば、タンク表面の温度(以下、「タンク温度」という。)や、タンク内の圧力、タンクの容量等)に基づいて、第1の昇圧ポンプ3、第1の熱交換器4、混合器9、および流量調整弁17に指令信号を出力するとともに、ディスペンサ6から車両14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入口における水素ガスの温度)が所望の温度(例えば、−40℃〜−20℃)になる(を維持する)ように、これら第1の昇圧ポンプ3の流量、第1の熱交換器4の加熱量、混合器9の混合比、および流量調整弁17の開度を適宜必要に応じて制御するものである。
すなわち、車載用水素充填タンク入口における水素ガスの温度が、例えば、−40℃〜−20℃に維持されることにより、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のタンク温度が、例えば、80℃程度に抑えられることとなるので、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14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のタンク温度が上がって、車載用水素充填タンク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)、ディスペンサ6から車両14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。
本実施形態に係る水素供給ステーション21は、第3の水素供給ライン22がさらに設けられている(付加されている)という点で上述した第1参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1参考実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
第2の昇圧ポンプ23は、上述した第1の昇圧ポンプ3同様、第2の水素供給ライン22を介して水素貯蔵タンク2から流れてきた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。
第2の熱交換器24は、その上流側に位置する第2の昇圧ポンプ23から吐出された高圧の液体水素を常温まで昇温(あるいは加熱)するものである。すなわち、第2の熱交換器24を通過した水素ガスは、常温・高圧の水素ガスとして混合器9に供給されることとなる。
また、制御器10は、例えば、車両14に搭載された図示しないCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)から送られてきた車載用水素充填タンクに関する情報(例えば、タンク温度や、タンク内の圧力、タンクの容量等)に基づいて、昇圧ポンプ3,23、熱交換器4,24、混合器9、および流量調整弁17に指令信号を出力するとともに、ディスペンサ6から車両14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入口における水素ガスの温度)が所望の温度(例えば、−40℃〜−20℃)になる(を維持する)ように、これら昇圧ポンプ3,23の流量、熱交換器4,24の加熱量、混合器9の混合比、および流量調整弁17の開度を適宜必要に応じて制御することとなる。
なお、図2中の符号26は逆止弁を示している。
本実施形態に係る水素供給ステーション31は、第2参考実施形態のところで説明した第1の熱交換器4(または第1参考実施形態のところで説明した第1の熱交換器4)が車載用水素充填タンク14aに内蔵されている(組み込まれている)という点で上述した第2参考実施形態(または第1参考実施形態)のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
また、第1の熱交換器4における冷熱が、車載用水素充填タンク14a内で発生する圧縮熱を冷却するのに有効利用されることとなるので、エネルギーロスを低減させることができ、エネルギー効率を向上させることができる。
さらに、第1の熱交換器4が車両14に搭載されることとなるので、水素供給ステーション31を構成する構成要素の数を低減させることができて、水素供給ステーション31全体の構成を簡略化することができ、水素供給ステーション31を構築するのに必要なスペースの低減化を図ることができる。
本実施形態に係る水素供給ステーション41は、第1実施形態のところで説明した第1の熱交換器4を通過した水素が、蓄圧器5に一旦溜められるように構成されているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
本実施形態に係る水素供給ステーション51は、少なくとも1台の冷熱回収型発電装置52と、冷却装置53とを備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
また、冷却装置53への電源供給が低い時は、余剰電力を第1の昇圧ポンプ3および/または第2の昇圧ポンプ23の駆動電源として消費(使用)することができる。
その他の作用効果は、上述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
このような構成にすれば、駆動させる冷熱回収型発電装置52の台数を増減させることにより、発電量を容易に増減させることができるとともに、熱交換器55を通過する冷媒の温度を容易に調整する(変化させる)ことができる。すなわち、熱交換器56を通過する冷媒の温度をより低くしたい場合や急激に低下させたい場合等には、数多くの冷熱回収型発電装置52を作動させ、熱交換器56を通過する冷媒の温度があまり低くなくても良い場合等には、数少ない冷熱回収型発電装置52を作動させれば良いこととなる。
2 水素貯蔵タンク
3 第1の昇圧ポンプ
4 第1の熱交換器
5 気蓄器
7 第1の水素供給ライン
8 第2の水素供給ライン
9 混合器
10 制御手段
12 ディスペンサ側カプラ
13 ディスペンサ側ホース(第1の水素供給ライン)
14 車両
14a 車載用水素充填タンク
15 車載側ホース(車両側水素供給ライン)
16 車載側カプラ
17 流量調整弁
21 水素供給ステーション
22 第3の水素供給ライン(第2の水素供給ライン)
23 第2の昇圧ポンプ
24 第2の熱交換器
31 水素供給ステーション
41 水素供給ステーション
51 水素供給ステーション
52 冷熱回収型発電装置
Claims (2)
- 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であって、
その内部に液体水素および/またはスラッシュ水素が貯蔵された水素貯蔵タンクと、
前記水素貯蔵タンクにその上流端が接続された第1の水素供給ラインを介して前記水素貯蔵タンクから流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる第1の昇圧ポンプと、
その内部に常温・高圧の水素ガスが充填された気蓄器と、
前記気蓄器にその上流端が接続され、混合器にその下流端が接続された第2の水素供給ラインと、
前記第2の水素供給ラインの途中に設けられた流量調整弁と、
前記水素貯蔵タンクと前記第1の昇圧ポンプとの間に位置する前記第1の水素供給ラインにその上流端が接続され、前記混合器にその下流端が接続された第3の水素供給ラインと、
前記第3の水素供給ラインを介して前記水素貯蔵タンクから流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる第2の昇圧ポンプと、を備え、
前記第1の水素供給ラインは、前記水素貯蔵タンクと前記第1の昇圧ポンプとを連通する配管と、前記第1の昇圧ポンプにその上流端が接続され、前記車載用水素充填タンクに内蔵された第1の熱交換器の入口から延びる車載側ホースの上流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたカプラにその下流端が接続された配管と、前記車載用水素充填タンクに内蔵された第1の熱交換器の出口から延びる車載側ホースの下流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたカプラにその上流端が接続され、前記混合器にその下流端が接続された配管と、前記混合器にその上流端が接続され、ディスペンサにその下流端が接続された配管と、前記ディスペンサにその上流端が接続され、前記車載用水素充填タンクの入口から延びる車載側ホースの上流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたディスペンサ側カプラにその下流端が接続された配管と、を備え、
前記第3の水素供給ラインの途中に設けられて、前記第2の昇圧ポンプから吐出された水素がその内部を通過する第2の熱交換器と、
前記車載用水素充填タンクのタンク温度および/またはタンク圧力に基づいて、前記第1の昇圧ポンプ、前記第1の熱交換器、前記第2の昇圧ポンプ、前記第2の熱交換器、前記流量調整弁および前記混合器を制御し、かつ、前記車載用水素充填タンクに供給される水素の温度を制御する制御手段と、を具備していることを特徴とする水素供給ステーション。 - 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であって、
その内部に液体水素および/またはスラッシュ水素が貯蔵された水素貯蔵タンクと、
前記水素貯蔵タンクにその上流端が接続された第1の水素供給ラインを介して前記水素貯蔵タンクから流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる第1の昇圧ポンプと、
その内部に常温・高圧の水素ガスが充填された気蓄器と、
前記気蓄器にその上流端が接続され、混合器にその下流端が接続された第2の水素供給ラインと、
前記第2の水素供給ラインの途中に設けられた流量調整弁と、
前記水素貯蔵タンクと前記第1の昇圧ポンプとの間に位置する前記第1の水素供給ラインにその上流端が接続され、前記混合器にその下流端が接続された第3の水素供給ラインと、
前記第3の水素供給ラインを介して前記水素貯蔵タンクから流れてきた液体水素を圧縮して昇圧させる第2の昇圧ポンプと、を備え、
前記第1の水素供給ラインは、前記水素貯蔵タンクと前記第1の昇圧ポンプとを連通する配管と、前記第1の昇圧ポンプにその上流端が接続され、前記車載用水素充填タンクに内蔵された第1の熱交換器の入口から延びる車載側ホースの上流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたカプラにその下流端が接続された配管と、前記車載用水素充填タンクに内蔵された第1の熱交換器の出口から延びる車載側ホースの下流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたカプラにその上流端が接続され、前記気蓄器と前記流量調整弁との間に位置する前記第2の水素供給ラインにその下流端が接続された配管と、前記混合器にその上流端が接続され、ディスペンサにその下流端が接続された配管と、前記ディスペンサにその上流端が接続され、前記車載用水素充填タンクの入口から延びる車載側ホースの上流側の端部に取り付けられた車載側カプラと着脱可能に構成されたディスペンサ側カプラにその下流端が接続された配管と、を備え、
前記第3の水素供給ラインの途中に設けられて、前記第2の昇圧ポンプから吐出された水素がその内部を通過する第2の熱交換器と、
前記車載用水素充填タンクのタンク温度および/またはタンク圧力に基づいて、前記第1の昇圧ポンプ、前記第1の熱交換器、前記第2の昇圧ポンプ、前記第2の熱交換器、前記流量調整弁および前記混合器を制御し、かつ、前記車載用水素充填タンクに供給される水素の温度を制御する制御手段と、を具備していることを特徴とする水素供給ステーション。
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