JP6289963B2 - 水素ステーション - Google Patents

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本発明は、水素ステーションに関する。
水素を燃料として使用する燃料電池自動車の開発が進められている。このような燃料電池自動車の普及を図るためには、燃料電池や車両自体の性能向上とともに、インフラの面においても、水素を燃料電池自動車へ供給可能な水素ステーション(例えば、特許文献1参照)を多くの場所に設置することが望まれる。
水素ステーションには、オンサイトステーションと、オフサイトステーションとがある。オンサイトステーションでは、水素原料となる天然ガス、液化石油ガス(以下、LPGという)あるいは有機ハイドライドなどを水素ステーションに輸送し、水素ステーションで水素を取り出し、水素を燃料電池自動車へ供給する。一方、オフサイトステーションでは、水素を製造場所から高圧水素や液化水素の形で輸送し、水素ステーションで昇圧し、燃料電池自動車へ供給する。
特開2011−33070号公報
しかし、オンサイトステーションで、水素製造装置に不具合があった場合、または災害等で水素原料の供給が停止した場合、水素の供給が停止してしまう問題がある。
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、水素供給の停止を防ぐことを可能とする水素ステーションを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る水素ステーションは、
水素を燃料として使用する車両へ水素を供給する水素ステーションであって、
炭化水素原料を水蒸気改質反応させて水素を生成する水素製造装置と、
水素が第1の圧力で充填された貯留用容器と、
前記水素製造装置または前記貯留用容器から供給された水素の圧力を前記第1の圧力より高い第2の圧力に昇圧する圧縮器と、
前記圧縮器で前記第2の圧力に昇圧された水素を蓄圧する蓄圧器と、
前記蓄圧器で蓄圧された水素を、前記車両へ供給する水素供給手段と、
を備える。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記水素製造装置から供給される水素と前記貯留用容器から供給される水素のいずれか一方を前記圧縮器に供給するよう流路を切り替える切替弁
を更に備える。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記切替弁を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記水素製造装置が故障した場合、または前記水素製造装置への前記炭化水素原料の供給が停止した場合、前記貯留用容器から前記圧縮器へ水素を供給するよう前記切替弁を制御する。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記圧縮器の放出口は、前記貯留用容器の充填口に配管で接続されており、
前記圧縮器は、前記水素製造装置から供給された水素の圧力を前記第1の圧力より高い前記第3の圧力に昇圧し、前記第3の圧力に昇圧した水素を前記貯留用容器へ供給する。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記第3の圧力は、前記第2の圧力より低い。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記圧縮器は、前記水素製造装置から供給された水素の圧力を基準圧力から前記第3の圧力に昇圧し、その後に前記第2の圧力に昇圧する。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記蓄圧器の放出口は、前記貯留用容器の充填口に配管で接続されており、
前記蓄圧器は、前記貯留用容器に水素を供給する。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記水素製造装置は、複数種類の炭化水素原料それぞれを個別に水蒸気改質反応させて前記水素を生成する。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記炭化水素原料は、液化石油ガス、天然ガス、または灯油である。
本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記水素ステーションには、前記貯留用容器を輸送する輸送車両の留め置き場所に設置された輸送車両、またはカードル設置場所に設置されたカードルが設けられており、
前記貯留用容器は、前記輸送車両に設けられた容器または前記カードルを構成する容器である。
従って、本発明に係る水素ステーションは、水素製造装置に不具合があった場合、または災害等で水素原料の供給が停止した場合であっても、貯留用容器に充填された水素を昇圧して車両へ提供することができる。これにより、水素製造装置に不具合があった場合、または災害等で水素原料の供給が停止した場合であっても、水素の供給の停止を防ぐことができる。
図1は、本実施形態に係る水素ステーション1の構成の一例を示す図である。 図2は、本実施形態に係る圧縮器CPの構成の一例を示す図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に係る水素ステーションは、オンサイトステーションにオフサイトステーションの機能を持たせたものである。
まず、図1を用いて本実施形態に係る水素ステーション1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る水素ステーション1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る水素ステーション1は、水素を燃料として使用する車両FCVへ水素を供給する。
図1に示すように、本実施形態に係る水素ステーション1は、LPGが液体原料として蓄えられたLPGタンクLT、LPGタンクLTからLPGの供給を受ける第1の弁B1、第1の弁B1を介してLPGが流入する水素製造装置RFを備える。
第1の弁B1は、LPGタンクLTから水素製造装置RFへの流路を開閉する。これにより、LPGタンクLTから水素製造装置RFへのLPGの供給を開始したり停止したりする。
水素製造装置RFは、例えば一部に改質器を有し、炭化水素原料を水蒸気改質反応させて水素を生成する。本実施形態では、炭化水素原料は、例えば、液化石油ガス(LPG)である。そして、水素製造装置RFは、例えば、LPGを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成する。なお、炭化水素原料は、天然ガス、または灯油などであってもよい。
更に、水素ステーション1は、水素が充填された貯蓄用容器を輸送する輸送車両の留め置き設置場所に設置された輸送車両TUを備える。本実施形態では、この輸送車両TUは、例えばトレーラである。この輸送車両TUは、水素が第1の圧力(例えば、0.9MPa)で充填された貯蓄用容器T1〜T6を有する。
更に、水素ステーション1は、水素製造装置RFからの水素の供給を受け、輸送車両TUからの水素の供給を受け、制御部CONと配線で接続された切替弁SBを有する。
切替弁SBは、水素製造装置RFから供給される水素と貯留用容器T1〜T6から供給される水素のいずれか一方を圧縮器CPに供給するよう流路を切り替える。切替弁SBは、電気的に駆動する三方弁であり、例えば、三方電磁弁である。
制御部CONは、切替弁SBを制御する。
更に、水素ステーション1は、切替弁SBから供給される水素を受ける圧縮器CPを備える。
更に、水素ステーション1は、圧縮器CPから放出された、第1の圧力より高い第2の圧力(例えば、80MPa)の水素の供給を受ける蓄圧器ユニットRUを備える。蓄圧器ユニットRUは、蓄圧器RS1〜RS2を備える。
圧縮器CPは、水素製造装置RFまたは貯留用容器T1〜T6から供給された水素の圧力を第1の圧力より高い第2の圧力に昇圧し、昇圧した水素を蓄圧器RS1〜RS2へ供給する。また、圧縮器CPは、水素製造装置RFから供給された水素の圧力を第1の圧力より高い第3の圧力(例えば、45MPa)に昇圧し、第3の圧力に昇圧した水素を貯留用容器T1〜T6へ供給する。この第3の圧力は、第2の圧力より低い。
蓄圧器RS1〜RS2は、圧縮器CPで第2の圧力に昇圧された水素を蓄圧する。
更に、水素ステーション1は、蓄圧器ユニットRUが有する蓄圧器RS1〜RS2から供給される水素を受け取るディスペンサ(水素供給手段)DPを備える。
ディスペンサDPは、蓄圧器RS1〜RS2で蓄圧された水素を、水素を燃料として使用する車両FCVへ供給する。
更に、水素ステーション1は、一端が圧縮器CPの放出口R1に配管で接続され、他端が貯留用容器T1〜T6の充填口F1に接続された第3の弁B3を備える。すなわち、圧縮器CPの放出口R1は、第3の弁B3を介して貯留用容器T1〜T6の充填口F1に配管で接続されている。
第3の弁B3は、圧縮器CPの放出口R1から放出された第3の圧力の水素の貯蓄用容器T1〜T6への充填を調節する。
更に、水素ステーション1は、一端が蓄圧器RS1〜RS2の放出口R2に配管で接続され、他端が貯留用容器T1〜T6の充填口F1に接続された第4の弁B4を備える。すなわち、蓄圧器RS1〜RS2の放出口R2は、第4の弁B4を介して貯留用容器T1〜T6の充填口F1に配管で接続されている。
第4の弁B4は、蓄圧器RS1〜RS2の放出口R2から放出された第2の圧力の水素の貯蓄用容器T1〜T6への充填を調節する。
続いて、図2を用いて本実施形態に係る圧縮器CPの構成について説明する。図2は、本実施形態に係る圧縮器CPの構成の一例を示す図である。図2に示すように、圧縮器CPは、切替弁SBと配管で接続された第1の圧縮部CP1、流入口が第1の圧縮部CP1の放出口と配管で接続された第2の圧縮部CP2、流入口が第2の圧縮部CP2の放出口と配管で接続された第3の圧縮部CP3、及び流入口が第3の圧縮部CP3の放出口と配管で接続された第4の圧縮部CP4を備える。
第1の圧縮部CP1は、例えば、切替弁SBから供給された水素の圧力を基準圧力(例えば、0.9MPa)から所定の圧力(例えば、3MPa)へ昇圧する。
第2の圧縮部CP2は、例えば、第1の圧縮部CP1から供給された水素の圧力を第の所定圧力(例えば、9MPa)へ昇圧する。
第3の圧縮部CP3は、例えば、第2の圧縮部CP2から供給された水素の圧力を第3の圧力(例えば、27MPa)へ昇圧する。第3の圧縮部CP3は、昇圧後の水素を第4の弁B4を介して貯留用容器T1〜T6へ供給する。一方、貯留用容器T1〜T6へ水素を充填する場合、第3の圧縮部CP3は、昇圧後の水素を放出口R1及び第3の弁B3を介して、貯留用容器T1〜T6へ供給する。
第4の圧縮部CP4は、例えば、第3の圧縮部CP3から供給された水素の圧力を第2の圧力(例えば、80MPa)へ昇圧する。第4の圧縮部CP4は、昇圧後の水素を蓄圧器RS1〜RS2へ供給する。
このように、圧縮器CPは、水素製造装置RFから供給された水素を段階的に昇圧するように構成され、水素の圧力を基準圧力から第3の圧力に昇圧し、その後に第2の圧力に昇圧する。
以下、水素ステーション1の動作について、説明する。
前提として、第1の弁B1が開き、第3の弁B3、及び第4の弁B4が閉じており、切替弁SBが水素製造装置RFから供給された水素を蓄圧器RS1〜RS2へ供給するように流路が切り替えられているものとする。
その場合、LPGタンクLTから第1の弁B1を介して、LPGが水素製造装置RFへ供給される。水素製造装置RFは、LPGを水蒸気改質反応させて水素を生成する。生成された水素は、水素製造装置RFから切替弁SBを介して圧縮器CPへ供給される。圧縮器CPは供給された水素の圧力を第2の圧力に昇圧する。この第2の圧力の水素は、蓄圧器RS1〜RS2へ供給され蓄圧器RS1〜RS2で蓄圧される。そして、ディスペンサDPは、蓄圧器RS1〜RS2で蓄圧された水素を、車両FCVへ供給する。
(水素製造装置RFが故障した場合の動作)
続いて、水素製造装置RFが故障した場合の水素ステーション1の動作について説明する。
制御部CONは、水素製造装置RFが故障した場合(例えば、水素製造装置RFから切替弁SBへの水素の供給が停止した場合)、貯留用容器T1〜T6から圧縮器CPへ水素を供給するよう切替弁SBを制御する。これにより、貯留用容器T1〜T6から圧縮器CPへ水素が供給される。圧縮器CPは供給された水素の圧力を第2の圧力に昇圧する。この第2の圧力の水素は、蓄圧器RS1〜RS2へ供給され蓄圧器RS1〜RS2で蓄圧される。そして、ディスペンサDPは、蓄圧器RS1〜RS2で蓄圧された水素を、車両FCVへ供給する。
(水素製造装置RFへの炭化水素原料の供給が停止した場合の動作)
なお、水素製造装置RFへの炭化水素原料の供給が停止した場合にも、制御部CONは、貯留用容器T1〜T6から圧縮器CPへ水素を供給するよう切替弁SBを制御してもよい。ここで、水素製造装置RFへの炭化水素原料の供給が停止した場合とは、例えば、LPGタンクLTからのLPGの供給が停止した場合である。
(圧縮器CPから貯留用容器T1〜T6へ水素を充填する場合の動作)
続いて、圧縮器CPから貯留用容器T1〜T6へ水素を充填する場合の水素ステーション1の動作について説明する。
前提として、第1の弁B1及び第3の弁B3が開き、第4の弁B4が閉じており、切替弁SBが水素製造装置RFから供給された水素を蓄圧器RS1〜RS2へ供給するように流路が切り替えられているものとする。
その場合、LPGタンクLTから第1の弁B1を介して、LPGが水素製造装置RFへ供給される。水素製造装置RFは、LPGを水蒸気改質反応させて水素を生成する。生成された水素は、水素製造装置RFから切替弁SBを介して圧縮器CPへ供給される。圧縮器CPは供給された水素の圧力を第3の圧力に昇圧する。この第3の圧力の水素は、第3の弁B3を介して貯留用容器T1〜T6へ充填される。
(蓄圧器RS1〜RS2から貯留用容器T1〜T6へ水素を充填する場合の動作)
続いて、蓄圧器RS1〜RS2から貯留用容器T1〜T6へ水素を充填する場合の水素ステーション1の動作について説明する。
前提として、第1の弁B1及び第4の弁B4が開き、第3の弁B3が閉じており、切替弁SBが水素製造装置RFから供給された水素を蓄圧器RS1〜RS2へ供給するように流路が切り替えられているものとする。
その場合、LPGタンクLTから第1の弁B1を介して、LPGが水素製造装置RFへ供給される。水素製造装置RFは、LPGを水蒸気改質反応させて水素を生成する。生成された水素は、水素製造装置RFから切替弁SBを介して圧縮器CPへ供給される。圧縮器CPは供給された水素の圧力を第2の圧力に昇圧する。この第2の圧力の水素が蓄圧器RS1〜RS2に充填される。そして、蓄圧器RS1〜RS2に充填された第2の圧力の水素が、蓄圧器RS1〜RS2から第4の弁B4を介して貯留用容器T1〜T6へ充填される。このようにして、蓄圧器RS1〜RS2は、貯留用容器RS1〜RS2に水素を供給する。
以上のように、本実施形態に係る水素ステーション1は、水素を燃料として使用する車両FCVへ水素を供給する水素ステーション1であって、炭化水素原料を水蒸気改質反応させて水素を生成する水素製造装置RFと、水素が第1の圧力で充填された貯留用容器T1〜T6と、水素製造装置RFまたは貯留用容器T1〜T6から供給された水素の圧力を第1の圧力より高い第2の圧力に昇圧する圧縮器CPと、圧縮器CPで第2の圧力に昇圧された水素を蓄圧する蓄圧器RS1〜RS2と、蓄圧器RS1〜RS2で蓄圧された水素を、車両FCVへ供給するディスペンサDPと、を備える。
従って、本実施形態に係る水素ステーション1によれば、水素製造装置RFに不具合があった場合、または災害等で水素原料の供給が停止した場合であっても、貯留用容器T1〜T6に充填された水素を昇圧して車両FCVへ提供することができる。これにより、水素製造装置RFに不具合があった場合、または災害等で水素原料の供給が停止した場合であっても、水素の供給の停止を防ぐことができる。
なお、本実施形態では、貯留用容器T1〜T6から圧縮器CPへ水素を供給するよう切替弁SBを制御したが、これに限ったものではない。その代わりに、操作者が手動で切替弁SBを切り替えられるように構成されていてもよい。すなわち、水素製造装置RFが故障した場合、または水素製造装置RFへの炭化水素原料の供給が停止した場合、貯留用容器T1〜T6から圧縮器CPへ水素を供給するよう切替弁SBが切り替え可能に構成されていてもよい。
また、本実施形態では、貯留用容器T1〜T6は、輸送車両に設けられたが、これに限らず、水素ステーション1内に設けられたカードル設置場所に設置されたカードルを構成する容器であってもよい。
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。
1 水素ステーション
LT LPGタンク
B1 第1の弁
RF 水素製造装置
TU 輸送車両
T1〜T6 貯留用容器
SB 切替弁
CON 制御部
CP 圧縮器
CP1 第1の圧縮部
CP2 第2の圧縮部
CP3 第3の圧縮部
CP4 第4の圧縮部
B3 第3の弁
RU 蓄圧器ユニット
RS1、RS2 蓄圧器
B4 第4の弁
DP ディスペンサ(水素供給手段)
FCV 車両

Claims (8)

  1. 水素を燃料として使用する車両へ水素を供給する水素ステーションであって、
    炭化水素原料を水蒸気改質反応させて水素を生成する水素製造装置と、
    水素が第1の圧力で充填された貯留用容器と、
    前記水素製造装置または前記貯留用容器から供給された水素の圧力を前記第1の圧力より高い第2の圧力に昇圧する圧縮器と、
    前記圧縮器で前記第2の圧力に昇圧された水素を蓄圧する蓄圧器と、
    前記蓄圧器で蓄圧された水素を、前記車両へ供給する水素供給手段と、
    を備え、
    前記圧縮器の放出口は、前記貯留用容器の充填口に配管で接続されており、
    前記圧縮器は、前記水素製造装置から供給された水素の圧力を前記第1の圧力より高い第3の圧力に昇圧し、前記第3の圧力に昇圧した水素を前記貯留用容器へ供給し、 前記第3の圧力は、前記第2の圧力より低い、水素ステーション。
  2. 前記水素製造装置から供給される水素と前記貯留用容器から供給される水素のいずれか一方を前記圧縮器に供給するよう流路を切り替える切替弁
    を更に備える請求項1に記載の水素ステーション。
  3. 前記切替弁を制御する制御部を更に備え、
    前記制御部は、前記水素製造装置が故障した場合、または前記水素製造装置への前記炭化水素原料の供給が停止した場合、前記貯留用容器から前記圧縮器へ水素を供給するよう前記切替弁を制御する
    請求項に記載の水素ステーション。
  4. 前記圧縮器は、前記水素製造装置から供給された水素の圧力を基準圧力から前記第3の圧力に昇圧し、その後に前記第2の圧力に昇圧する
    請求項1に記載の水素ステーション。
  5. 前記蓄圧器の放出口は、前記貯留用容器の充填口に配管で接続されており、
    前記蓄圧器は、前記貯留用容器に水素を供給する
    請求項1から4のいずれか一項に記載の水素ステーション。
  6. 前記水素製造装置は、複数種類の炭化水素原料それぞれを個別に水蒸気改質反応させて前記水素を生成する
    請求項1から5のいずれか一項に記載の水素ステーション。
  7. 前記炭化水素原料は、液化石油ガス、天然ガス、または灯油である
    請求項6に記載の水素ステーション。
  8. 前記水素ステーションには、前記貯留用容器を輸送する輸送車両の留め置き場所に設置された輸送車両、またはカードル設置場所に設置されたカードルが設けられており、
    前記貯留用容器は、前記輸送車両に設けられた容器または前記カードルを構成する容器である
    請求項1から7のいずれか一項に記載の水素ステーション。
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