JP6306397B2

JP6306397B2 - 水素ステーション

Info

Publication number: JP6306397B2
Application number: JP2014073772A
Authority: JP
Inventors: 崎順二岡
Original assignee: JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015197114A

Description

本発明は、水素ステーションに関する。

水素を燃焼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。

水素ステーションでは、圧縮器で圧縮された水素が蓄圧器に充填される。蓄圧器内の圧力を燃料電池自動車の燃料タンクの圧力よりも高くすることで、蓄圧器から燃料タンクへ差圧で水素を供給することができる。

例えば、蓄圧器内の圧力が規定の圧力（例えば、８０ＭＰａ）に到達すると、蓄圧器から水素が排出され、蓄圧器から排出された水素が冷却機で冷却され、ディスペンサを介して冷却された水素が燃料電池自動車へ供給される（例えば、特許文献１参照）。この冷却機は、水素を車両へ急速充填する際に水素温度が高くなるため、充填前に水素を予め冷却して水素温度を低くしておくための設備である。

水素ステーションにおいて、複数の蓄圧器から構成される蓄圧ユニットは、日光、雨などを直接受けないように覆われているものの、外気にさらされている。

特開２０１１−３３０７０号公報

水素を車両へ急速充填するために冷却機は水素を−４０℃程度に冷やす。この冷却に要するエネルギー消費が大きいため、水素供給コストが高いという問題があった。また、蓄圧器への水素充填時には、蓄圧器内の圧力が上がって水素温度が上昇するため、水素温度が規定の温度（例えば、４０℃）を超えないように、ゆっくりと時間をかけて水素を充填する必要があった。

このため、蓄圧器内の圧力が規定の圧力（例えば、８０ＭＰａ）に到達するまでに要する水素充填時間が長くなるため、車両に水素の供給を開始するまでに要する時間が長くなっていた。特に、複数の車両へ水素を連続して充填する連続充填の際に、１台目の車両へ水素を充填した後に、蓄圧器内の圧力を規定の圧力（例えば、８０ＭＰａ）に回復させるまでに時間を要していた。

その結果、前の車両への水素充填を完了した時から次の車両へ水素を充填し始める時までの時間が長くなるため、連続充填の際に２台目以降の車両について水素充填の待ち時間が長くなるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、水素供給コストを低減し、且つ連続充填の際の２台目以降の水素充填の待ち時間を短縮する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、
水素を貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器に貯蔵された水素を昇圧する圧縮機と、
管理室内に設置され、前記圧縮機で昇圧された水素を蓄圧する蓄圧器と、
前記蓄圧器が設置された前記管理室内の空気の温度を管理する温度管理装置と、
前記蓄圧器から排出された水素を冷却する冷却機と、
前記冷却機が冷却した水素を、前記水素を燃料として使用する車両に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、
前記温度管理装置は、前記管理室内の空気の温度が設定範囲内に収まるよう前記管理室内の空気の温度を管理御する。

本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記温度管理装置は、前記管理室内の空気の温度を設定温度に保つよう前記管理室内の空気の温度を管理する。

本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記温度管理装置は、前記蓄圧器に水素を充填する場合、前記管理室内の空気の温度を下げるよう制御する。

本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記温度管理装置は、前記水素供給手段が前記車両に水素を供給する場合、前記管理室内の空気の温度を上げるよう制御する。

本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記管理室内の上方には、前記管理室の外へ水素を放出するための開口である水素放出窓が設けられている。

本発明の一態様に係る前記水素ステーションにおいて、
前記管理室内に設置され、火災を検知した場合、散水する散水機を更に備える。

したがって、本発明に係る水素ステーションは、蓄圧器が設置された管理室内の空気の温度を低い温度に維持することで、蓄圧器からの放熱効果を高めることができ、蓄圧器への水素充填時における水素の温度上昇を抑えることができる。

その結果、冷却機に供給される水素の温度を下げることができるので、冷却機で冷却に要するエネルギー消費量を減らすことができる。これにより、水素供給コストを低減することができる。

それとともに、蓄圧器が設置された管理室内の空気の温度を低い温度に維持することができ、蓄圧器内の水素をより冷却することができる。

このため、水素充填速度を上げても水素温度が規定の温度を超えないようにすることができるので、蓄圧器内の圧力が規定の圧力に到達するまでに要する水素充填時間を短縮することができる。

これにより、車両に水素の供給を開始するまでに要する時間を短縮することができるため、複数の車両へ水素を連続して充填する連続充填の際に、１台目の車両へ水素を充填した後に、蓄圧器内の圧力を規定の圧力に回復させるまでの時間を短縮することができる。

その結果、前の車両への水素充填を完了した時から次の車両へ水素を充填し始める時までの時間を短縮することができるため、連続充填の際の２台目以降の水素充填の待ち時間を短縮することができる。

図１は、本発明の一態様である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。

以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。

まず、本発明の一態様である実施形態に係る水素ステーション１の構成を図１を用いて、説明する。

図１は、本発明の一態様である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、本発明の一態様である水素ステーション１は、水素を貯蔵する貯蔵容器２を備える。ここで、貯蔵容器２は、鋼などで製作された容器である。水素は、貯蔵容器２の内圧を抑えるために、液化された状態または液体成分が支配的な状態で貯蔵されている。

更に、水素ステーション１は、貯蔵容器２と配管を介して接続された圧縮機３と、圧縮機３と配管を介して接続された蓄圧器ユニット４１とを備える。

ここで、圧縮器３は、貯蔵容器２に貯蔵された水素を昇圧する。また、蓄圧器ユニット４１は、管理室４内に設置されており、順に積層された蓄圧器４１１〜４１６を備える。圧縮器３で昇圧された水素は、蓄圧器４１１〜４１６へ送られる。

蓄圧器４１１〜４１６は、圧縮機２で昇圧された水素を蓄圧する。蓄圧器４１１〜４１６は、車両７の燃料タンク（図示せず）よりも高圧であり、例えば、車両の燃料タンクの圧力が７０ＭＰａの場合、蓄圧器４１１〜４１６の圧力は８０ＭＰａ程度である。

更に、水素ステーション１は、管理室４内に設置された温度管理装置４２と、管理室４内に設置された散水機４３−１、４３−２、４３−３とを備える。

温度管理装置４２は、蓄圧器４１１〜４１６が設置された管理室４内の空気の温度を管理する。

また、温度管理装置４２は、蓄圧器４１１〜４１６への水素の充填を検出する。例えば、温度管理装置４２は、ユーザからの入力を受付可能であり、蓄圧器４１１〜４１６への水素の充填を、ユーザによる入力により検出する。なお、温度管理装置４２は、蓄圧器４１１〜４１６と圧縮機３との間に設けられて弁（図示せず）の開閉に応じて検出してもよいし、蓄圧器４１１〜４１６内の圧力を検出する圧力計（図示せず）が検出した圧力に応じて検出してもよい。

また、温度管理装置４２は、ディスペンサ６から車両７への水素の供給を検出する。例えば、温度管理装置４２は、水素の供給を開始した旨の信号をディスペンサ６から受信した場合、ディスペンサ６から車両７への水素の供給を検出する場合がある。その場合、ディスペンサ６は、例えば、車両７に水素の供給を開始した場合、水素の供給を開始した旨の信号を温度管理装置４２へ送信する。この送信は、有線であっても、無線であってもよい。

散水機４３−１、４３−２、４３−３は、火災を検知した場合、散水する。これにより、火災が発生した場合に、消火することができる。また、管理室４内の上方には、蓄圧器４１１〜４１６または配管等から漏洩した水素を管理室４の外へ放出するための開口である水素放出窓４４が設けられている。

更に、水素ステーション１は、蓄圧器４１１〜４１６と配管で接続された冷却機５と、冷却機５と配管を介して接続されたディスペンサ（水素供給手段）６とを備える。

ここで、冷却機５は、水素を車両７へ急速充填する際に水素温度が高くなるため、充填前に水素を予め冷却して水素温度を低くしておくための設備である。この冷却機５は、蓄圧器４１１〜４１６から排出された水素を冷却する。例えば、冷却機５は、蓄圧器４１１〜４１６から排出された水素を設定温度（例えば、−４０℃）に冷却し、冷却後の水素をディスペンサ６へ供給する。

ディスペンサ６は、冷却機５が冷却した水素を、水素を燃料として使用する車両７に供給する。蓄圧器４１１〜４１６内の圧力（例えば、８０ＭＰａ）の方が、車両の燃料タンク（不図示）の圧力（例えば、７０ＭＰａ）よりも高いので、この差圧で、ディスペンサ６から水素が車両７に供給される。

続いて、水素ステーション１全体の動作について説明する。圧縮器３は、貯蔵容器２から供給された水素を昇圧し、蓄圧器４１１〜４１６に充填する。圧縮器３から蓄圧器４１１〜４１６に水素が充填されると、蓄圧器４１１〜４１６内の圧力が上昇するとともに、蓄圧器４１１〜４１６内の水素温度が上昇する。

次に、蓄圧器４１１〜４１６から冷却機５へ水素が排出され、冷却機５で冷却された水素がディスペンサ６へ供給され、ディスペンサ６から車両７に水素が供給される。ここで、蓄圧器４１１〜４１６から冷却機５へ水素が排出されると、蓄圧器４１１〜４１６内の圧力が低下するとともに、蓄圧器４１１〜４１６内の水素温度が低下する。

続いて、温度管理装置４２の動作について説明する。温度管理装置４２は、例えば、管理室４内の空気の温度が設定範囲（例えば、１０℃以下）内に収まるよう管理室４内の空気の温度を制御する。あるいは、温度管理装置４２は、例えば、管理室４内の空気の温度を設定温度（例えば、１０℃）に保つよう制御する。これにより、例えば、外気温が２５℃の場合、蓄圧器４１１〜４１６の周囲の空気の温度を外気温よりも低くすることで蓄圧器４１１〜４１６からの放熱効果を高め、蓄圧器４１１〜４１６への水素充填時における水素の温度上昇を従来よりも抑えることができる。

また、例えば、温度管理装置４２は、蓄圧器４１１〜４１６に水素を充填する場合、管理室４内の空気の温度を下げるよう制御する。具体的には例えば、温度管理装置４２は、出力する冷気を強めるよう制御する。これにより、圧縮器３から蓄圧器４１１〜４１６に水素が供給され蓄圧器４１１〜４１６内の圧力が上昇した場合に、蓄圧器４１１〜４１６内の水素温度の上昇を抑制することができる。

また、例えば、温度管理装置４２は、ディスペンサ６が車両７に水素を供給する場合、管理室４内の空気の温度を上げるよう制御する。具体的には例えば、温度管理装置４２は、出力する冷気を弱めるよう制御する。これにより、ディスペンサ６が車両７に水素を供給し蓄圧器４１１〜４１６から水素が少なくなって圧力が低下した場合に、蓄圧器４１１〜４１６内の水素温度の低下を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る水素ステーション１は、水素を貯蔵する貯蔵容器２と、貯蔵容器２に貯蔵された水素を昇圧する圧縮機３と、管理室４内に設置され、圧縮機３で昇圧された水素を蓄圧する蓄圧器４１１〜４１６と、蓄圧器４１１〜４１６が設置された管理室４内の空気の温度を管理する温度管理装置４２と、蓄圧器４１１〜４１６から排出された水素を冷却する冷却機４５と、冷却機４５が冷却した水素を、水素を燃料として使用する車両７に供給するディスペンサ６と、を備える（図１参照）。

これにより、水素ステーション１は、蓄圧器４１１〜４１６が設置された管理室４内の空気の温度を低い温度に維持することで、蓄圧器４１１〜４１６からの放熱効果を高めることができ、蓄圧器４１１〜４１６への水素充填時における水素の温度上昇を抑えることができる。

その結果、冷却機５に供給される水素の温度を下げることができるので、冷却機５で冷却に要するエネルギー消費量を減らすことができる。これにより、水素供給コストを低減することができる。

それとともに、蓄圧器３が設置された管理室４内の空気の温度を低い温度に維持することができ、蓄圧器４１１〜４１６内の水素をより冷却することができる。

このため、水素充填速度を上げても水素温度が規定の温度を超えないようにすることができるので、蓄圧器４１１〜４１６内の圧力が規定の圧力に到達するまでに要する水素充填時間を短縮することができる。

これにより、車両に水素の供給を開始するまでに要する時間を短縮することができるため、複数の車両へ水素を連続して充填する連続充填の際に、１台目の車両へ水素を充填した後に、蓄圧器４１１〜４１６内の圧力を規定の圧力に回復させるまでの時間を短縮することができる。

なお、本実施形態に係る水素ステーション１は、蓄圧器を６本備えたが、これに限らず、５本以下であっても、７本以上であってもよい。

また、本実施形態に係る水素ステーション１が備える構成は、トレーラに設置されていてもよい。

また、水素ステーション１は、蓄圧器４１１〜４１６よりも低い圧力（例えば、４５ＭＰａ程度）で水素が充填されている低圧蓄圧器を更に備え、低圧蓄圧器も、蓄圧器４１１〜４１６と同じ管理室４内に設置されていてもよい。この場合、低圧蓄圧器で蓄積された水素は圧縮器３で昇圧され、蓄圧器４１１〜４１６へ送られる。

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
２貯蔵容器
３圧縮機
４管理室
４１蓄圧器ユニット
４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６蓄圧器
４２温度管理装置
４３−１、４３−２、４３−３散水機
５冷却機
６ディスペンサ（水素供給手段）
７車両

Claims

水素を貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器に貯蔵された水素を昇圧する圧縮機と、
管理室内に設置され、前記圧縮機で昇圧された水素を蓄圧する蓄圧器と、
前記蓄圧器が設置された前記管理室内の空気の温度を管理する温度管理装置と、
前記蓄圧器から排出された水素を冷却する冷却機と、
前記冷却機が冷却した水素を、前記水素を燃料として使用する車両に供給する水素供給手段と、
を備え、
前記温度管理装置は、
前記蓄圧器に水素を充填する場合、前記管理室内の空気の温度を下げるよう制御し、
一方、前記水素供給手段が前記車両に水素を供給する場合、前記管理室内の空気の温度を上げるよう制御する水素ステーション。
前記温度管理装置は、前記管理室内の空気の温度が設定範囲内に収まるよう前記管理室内の空気の温度を管理する
請求項１に記載の水素ステーション。
前記温度管理装置は、前記管理室内の空気の温度を設定温度に保つよう前記管理室内の空気の温度を管理する
請求項１に記載の水素ステーション。
前記管理室内の上方には、前記管理室の外へ水素を放出するための開口である水素放出窓が設けられている
請求項１から３のいずれか一項に記載の水素ステーション。
前記管理室内に設置され、火災を検知した場合、散水する散水機を更に備える
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。