JP6822867B2 - 水素製造装置 - Google Patents
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Description
水素製造装置1は、電解法により水素ガスを生成し、生成した水素ガスを除湿して貯蔵する装置である。水素製造装置1は、電解法により水素ガスを生成する水電解器11と、昇圧後の水素ガスを貯留する蓄圧器12とを備えている。水電解器11及び蓄圧器12間の流路中には、水電解器2で生成された水素ガスを段階的に昇圧する圧縮機構13が連結されている。また、水素製造装置1は、除湿された水素ガスを貯蔵する製品ガスタンク14と、水電解器11で生成された水素ガスを貯留する水素ホルダー15と、製品ガスタンク14に水素ガスを供給する水素カードル16とをさらに備えている。
水電解器11は、太陽光、太陽熱、水力、風力、バイオマス又は地熱等の再生可能エネルギーを電力に変換し、変換した電力を利用して電解法により水素ガスを生成する装置である。水電解器11は、再生可能エネルギーを電力に変換する発電器11aを備え、発電器11aから供給される電力を用いて水電解器11に供給される水を電気分解して水素ガスを生成する。水電解器11は、流路101を介して水素ホルダー15と接続されており、水電解器11で生成された水素ガスは、流路101を経由して水素ホルダー15に送出される。また、流路101には、減圧弁101aが設けられており、水素ホルダー15側の水素ガスの圧力が所定の圧力より低くなった時に水電解器11側から水素ホルダー15側へ水素ガスが送出される。
蓄圧器12は、昇圧後の水素ガスを貯留する圧力容器である。この圧力容器には、耐圧性を向上させるために、例えば耐圧部材及び水素脆化対応部材が用いられる。蓄圧器12は、流路102を介して圧縮機構13と接続されており、圧縮機構13で昇圧された水素ガスが、流路102を経由して蓄圧器12に流入する。また、蓄圧器12は、流路103を介して製品ガスタンク14と接続されており、蓄圧器12に貯留された水素ガスは、流路103を経由して製品ガスタンク14に送出される。流路103には、減圧弁103aが設けられており、製品ガスタンク14側の水素ガスの圧力が所定の圧力より低くなった時に蓄圧器12側から製品ガスタンク14側へ水素ガスが送出される。つまり、蓄圧器12が、貯留している水素ガスを製品ガスタンク14に送出可能となっている。
圧縮機構13は、水素ガスを昇圧し、かつ水素ガスに含まれる水分を取り除く機構である。圧縮機構13には、流路104の一端が接続されており、流路104の他端には、流路105を介して水素ホルダー15が接続され、かつ流路106を介して製品ガスタンク14が接続されている。つまり、圧縮機構13は、水素ホルダー15から送出された水素ガスが、流路105及び流路104を経由して流入し、製品ガスタンク14から送出された水素ガスが、流路106及び流路104を経由して流入するように構成されている。また、圧縮機構13は、流路102を介して蓄圧器12と接続されており、圧縮機構13から送出される水素ガスは、流路102を経由して蓄圧器12に流入する。なお、流路105及び流路106には、それぞれ流路を開閉可能とするバルブ105a及びバルブ106aが設けられている。
圧縮機31及び圧縮機32は、水素ガスを昇圧する圧縮機であり、圧縮機31を圧縮機の1段目とし、圧縮機32を圧縮機の2段目として水素ガスを段階的に昇圧する。圧縮機31及び圧縮機32としては、特に限定されないが、例えば往復圧縮機(レシプロ圧縮機)を用いることができる。
排水機構33及び排水機構34は、昇圧された水素ガスから凝縮する水を排出する機構である。排水機構33及び排水機構34は、例えば、流路の下部であって、凝縮した水が重力により集合する位置に排水弁が設けられることにより構成される。また、排水機構33には、圧縮機31により昇圧された水素ガスを冷却する熱交換器33aが付設され、排水機構34には、圧縮機32により昇圧された水素ガスを冷却する熱交換器34aが付設されている。
除湿器35及び除湿器36は、水素ガスに含まれる水分を吸着して取り除く装置であり、例えば水分を吸収する吸着剤を内部に備える吸着塔により構成される。図3に示すように、除湿器35は、除湿器35a及び除湿器35bが流路中に並列かつ切り替え可能に連結される構成である。つまり、水素製造装置1は、除湿器35a及び除湿器35bが、流路中に並列かつ切り替え可能に連結されている構成である。
製品ガスタンク14は、蓄圧器12又は水素カードル16から送出された水素ガスを貯蔵する圧力容器である。圧力容器の材質としては、例えばステンレス合金、アルミニウム合金等が挙げられる。製品ガスタンク14は、流路103を介して蓄圧器12と接続されており、蓄圧器12から送出された水素ガスが、流路103を経由して製品ガスタンク14に流入する。また、製品ガスタンク14は、流路107を介して水素カードル16と接続されており、水素カードル16から送出された水素ガスが、流路107を経由して製品ガスタンク14に流入する。
水素ホルダー15は、水電解器11で生成された水素ガスを貯留する容器である。容器の材質としては、例えばステンレス合金、アルミニウム合金等が挙げられる。水素ホルダー15は、流路101を介して水電解器11と接続されており、水電解器11から送出された水素ガスが、流路101を経由して水素ホルダー15に流入する。また、水素ホルダー15は、流路105及び流路104を介して圧縮機構13と接続されており、水素ホルダー15に貯留された水素ガスは、流路105及び流路104を経由して圧縮機構13に送出に送出される。
水素カードル16は、水素ガスを貯留する圧力容器であり、製品ガスタンク14内の圧力が低下し、蓄圧器12から製品ガスタンク14へ水素ガスが供給されない場合に、貯留している水素ガスを製品ガスタンク14に補給するためのものである。水素カードル16は、流路107を介して製品ガスタンク14と接続されており、水素カードル16に貯留された水素ガスは、流路107を経由して製品ガスタンク14に送出される。また、流路107には、減圧弁107aが設けられており、製品ガスタンク14側の水素ガスの圧力が所定の圧力より低くなった時に水素カードル16側から製品ガスタンク14側へ水素ガスが送出される。
水素供給装置2は、水素製造装置1から送出された水素ガスを昇圧した状態で貯留し、貯留している水素ガスを燃料電池自動車等に供給する装置である。水素供給装置2は、水素ガスを昇圧する圧縮機21と、昇圧後の水素ガスを貯留する蓄圧器22と、水素ガスを燃料電池自動車等に供給するディスペンサ23とを備えている。
圧縮機21は、水素ガスを昇圧する圧縮機であり、例えば往復圧縮機を用いることができる。圧縮機21は、流路を介して水素製造装置1の製品ガスタンク14と接続されており、製品ガスタンク14から送出された水素ガスを昇圧して蓄圧器22に送出する。
蓄圧器22は、昇圧後の水素ガスを貯留する圧力容器であり、耐圧性を向上させるために、例えば耐圧部材及び水素脆化対応部材を用いることができる。蓄圧器22は、圧縮機21から送出された水素ガスを昇圧された状態で貯留する。また、蓄圧器22は、ディスペンサ23と接続されており、貯留している水素ガスをディスペンサ23に送出する。
ディスペンサ23は、燃料電池自動車等の水素を動力とする装置に水素ガスを供給する装置である。ディスペンサ23は、ディスペンサ23から延出するホースと、充填ノズルと、燃料電池自動車等と接続するためのカプラーとを有しており、これらを用いて蓄圧器22から送出された水素ガスを燃料電池自動車等に供給する。
当該水素製造装置1は、水電解器11及び蓄圧器12間に設けられた圧縮機構13が、圧縮機と、水素ガスを圧縮するエネルギーを利用して水素ガスに含まれる水分を取り除く排水機構と、水素ガスに含まれる水分を取り除く除湿器とを備えているので、水分が取り除かれた水素ガスを昇圧された状態で製造できる。つまり、当該水素製造装置1は、電解法により水素ガスを製造する際の効率を高めることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
2 水素供給装置
11 水電解器
11a 発電器
12 蓄圧器
13 圧縮機構
14 製品ガスタンク
15 水素ホルダー
16 水素カードル
21 圧縮機
22 蓄圧器
23 ディスペンサ
31、32 圧縮機
33、34 排水機構
33a、34a 熱交換器
35、35a、35b、36 除湿器
41、42、43、44、45、46、47、48 流路
41a、42a、43a、44a、45a、46a、47a、48a バルブ
101、102、103、104、105、106、107 流路
101a、103a、107a 減圧弁
105a、106a バルブ
Claims (4)
- 電解法により水素ガスを生成する水電解器と、
昇圧後の上記水素ガスを貯留する蓄圧器と
を備える水素製造装置であって、
上記水電解器及び上記蓄圧器間の流路中に直列に連結され、上記水電解器で生成された水素ガスを段階的に昇圧する2以上の圧縮機又は多段圧縮可能な圧縮機と、
段階的に昇圧中の上記水素ガスから凝縮する水を排出する1以上の排水機構と、
段階的に昇圧中又は昇圧後の上記水素ガスに含まれる水分を取り除く1以上の除湿器と
を備え、
上記水素ガスを貯蔵する製品ガスタンクをさらに備え、
上記蓄圧器が、貯留している上記水素ガスを上記製品ガスタンクに送出可能であり、
上記製品ガスタンクが、貯蔵している上記水素ガスを上記圧縮機の1段目に送出可能である水素製造装置。 - 上記流路に付設され、上記圧縮機で昇圧された水素ガスを冷却する冷却器を備え、
上記排水機構が、上記冷却器で冷却された上記水素ガスから凝縮した水を排出する請求項1に記載の水素製造装置。 - 2以上の上記除湿器が、上記流路中に並列かつ切り替え可能に連結されている請求項1又は請求項2に記載の水素製造装置。
- 少なくとも上記圧縮機の1段目及び2段目間の流路中に、1の上記排水機構が配置されており、
上記1の排水機構及び上記蓄圧器間の流路中に、上記除湿器が配置されている請求項1、請求項2又は請求項3に記載の水素製造装置。
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