JP7067293B2 - Hydrogen supply system - Google Patents
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Description
本発明は、水素供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen supply system.
燃料電池等の発電に用いられる燃料や、工業用原料として、水素の需要が高まっている。水素製造装置等で製造された水素は、燃料電池車両等の水素消費装置へと供給される。特許文献1では、水素供給用の配管ネットワークに、水素製造装置や水素消費装置等がそれぞれ分岐管を介して連通している。 Demand for hydrogen is increasing as a fuel used for power generation such as fuel cells and as an industrial raw material. Hydrogen produced by a hydrogen production device or the like is supplied to a hydrogen consumption device such as a fuel cell vehicle. In Patent Document 1, a hydrogen production device, a hydrogen consumption device, and the like are communicated to a piping network for hydrogen supply via branch pipes, respectively.
配管ネットワークを流通する水素には、水素製造装置の不具合等に起因して、不純物が含まれるおそれがある。このような場合、特許文献1に記載の技術では、配管ネットワークの全域において水素供給を遮断する必要があり、水素の供給が停止するという問題があった。このような問題は、不純物が含まれた場合に限らず、水素濃度が低下した場合等、水素供給システムを構成する流路において任意の異常が発生した場合に共通する問題であった。このため、水素供給システムを構成する流路において異常が発生した場合に、水素供給システムにおける水素の流路の全域における水素の供給停止を抑制できる技術が求められていた。 Hydrogen circulating in the piping network may contain impurities due to a malfunction of the hydrogen production device or the like. In such a case, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to cut off the hydrogen supply in the entire area of the piping network, and there is a problem that the hydrogen supply is stopped. Such a problem is not limited to the case where impurities are contained, but is a common problem when an arbitrary abnormality occurs in the flow path constituting the hydrogen supply system, such as when the hydrogen concentration decreases. For this reason, there has been a demand for a technique capable of suppressing the stoppage of hydrogen supply in the entire hydrogen flow path in the hydrogen supply system when an abnormality occurs in the flow path constituting the hydrogen supply system.
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
[形態1]
複数の水素供給装置から供給される水素を1又は複数の水素消費装置へと流通させる水素供給システムであって、環状に配置され、水素を流通させる水素流路と、前記水素流路と連通し、前記水素流路に設けられた複数の分岐点から分岐して前記複数の水素供給装置および前記1または複数の水素消費装置のうちの互いに異なる少なくとも1つの装置とそれぞれ接続される複数の分岐流路と、前記水素流路において、互いに隣り合う2つの前記分岐点の間に配置され、前記水素の異常を検出する水素異常検出装置と、前記水素流路において前記分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であって、それぞれ独立して前記水素流路を遮断可能に構成された遮断部と、を備える、水素供給システム。
The present invention can be realized as the following forms.
[Form 1]
It is a hydrogen supply system that distributes hydrogen supplied from a plurality of hydrogen supply devices to one or a plurality of hydrogen consumption devices, and is arranged in a ring shape and communicates with a hydrogen flow path for circulating hydrogen and the hydrogen flow path. , A plurality of branch streams branched from a plurality of branch points provided in the hydrogen flow path and connected to at least one of the plurality of hydrogen supply devices and the one or the plurality of hydrogen consuming devices which are different from each other. A hydrogen abnormality detecting device, which is arranged between two branch points adjacent to each other in the path and the hydrogen flow path and detects the hydrogen abnormality, and the hydrogen flow path sandwiching the branch point are arranged. A hydrogen supply system including a plurality of blocking portions, each of which is configured to be capable of blocking the hydrogen flow path independently.
本発明の一形態によれば、水素供給システムが提供される。この水素供給システムは、環状に配置され、水素を流通させる水素流路と;前記水素流路と連通し、前記水素流路に設けられた複数の分岐点から分岐する複数の分岐流路と;前記水素流路において、互いに隣り合う2つの前記分岐点の間に配置され、前記水素の異常を検出する水素異常検出装置と;前記水素流路において前記分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であって、それぞれ独立して前記水素流路を遮断可能に構成された遮断部と;を備える。この形態の水素供給システムによれば、複数の分岐流路が分岐する環状の水素流路において、互いに隣り合う2つの分岐点の間に配置された水素異常検出装置と、分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であってそれぞれ独立して水素流路を遮断可能に構成された遮断部とを備えるので、水素異常検出装置により異常が検出された場合に、異常を検出した水素異常検出装置の近傍の一部の遮断部のみに水素流路の遮断を実行させることができる。このため、水素流路のうち遮断を実行していない遮断部を含む流路部分において、水素の流通を継続できる。したがって、水素供給システムを構成する流路としての水素流路において異常が発生した場合に、水素供給システムにおける水素の流路の全域における水素の供給停止を抑制できる。
本発明は、水素供給システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、水素供給方法、水素供給システムを備える水素ステーション等の形態で実現することができる。
According to one embodiment of the invention, a hydrogen supply system is provided. This hydrogen supply system is arranged in a ring shape and has a hydrogen flow path through which hydrogen flows; and a plurality of branch flow paths that communicate with the hydrogen flow path and branch from a plurality of branch points provided in the hydrogen flow path; A hydrogen abnormality detection device arranged between two branch points adjacent to each other in the hydrogen flow path to detect the hydrogen abnormality; and a plurality of cutoffs arranged across the branch point in the hydrogen flow path. It is provided with a blocking unit, which is configured to be capable of blocking the hydrogen flow path independently of each other. According to this form of hydrogen supply system, in an annular hydrogen flow path in which a plurality of branch flow paths branch, a hydrogen anomaly detection device arranged between two branch points adjacent to each other and a branch point are arranged across the branch point. Since it is provided with a plurality of cut-off parts that are configured to be able to cut off the hydrogen flow path independently, when an abnormality is detected by the hydrogen abnormality detection device, the hydrogen abnormality detection that detects the abnormality is provided. It is possible to cut off the hydrogen flow path only in a part of the cutoffs in the vicinity of the device. Therefore, it is possible to continue the flow of hydrogen in the channel portion of the hydrogen channel including the blocking portion that has not been interrupted. Therefore, when an abnormality occurs in the hydrogen flow path as the flow path constituting the hydrogen supply system, it is possible to suppress the stoppage of hydrogen supply in the entire hydrogen flow path in the hydrogen supply system.
The present invention can also be realized in various forms other than the hydrogen supply system. For example, it can be realized in the form of a hydrogen supply method, a hydrogen station provided with a hydrogen supply system, or the like.
A.第1実施形態:
図1は、本発明の一実施形態としての水素供給システムの概要を模式的に示す模式図である。水素供給システム10は、水素供給装置61、62から供給される水素を、水素消費装置70へと流通させるネットワークとして構成されている。水素供給システム10は、水素供給システム10における水素の流路としての水素流路20および分岐流路30と、水素異常検出装置40と、遮断部50と、制御装置80とを備える。
A. First Embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an outline of a hydrogen supply system as an embodiment of the present invention. The
水素流路20は、環状に配置されたパイプで構成され、水素を流通させる。水素流路20には、複数の分岐点25が設けられている。分岐流路30は、複数設けられており、分岐点25からそれぞれ分岐している。各分岐流路30は、パイプで構成され、水素流路20と連通するとともに、水素供給装置61、62または水素消費装置70と連通している。水素供給装置61、62には、水素を製造する水素製造装置と、製造された水素を貯蔵する水素貯蔵装置とが該当する。なお、水素供給装置61、62は、互いに同じ構成であってもよく、互いに異なる構成であってもよい。水素消費装置70には、工場や家庭に配置される燃料電池等の装置が該当する。水素消費装置70には、水素ステーション等に配置されて燃料電池車両等に水素を充填する水素充填装置が含まれていてもよい。
The
図1では、図示の便宜上、水素流路20から分岐する6つの分岐流路30を代表して示しているが、分岐流路30の数は、6つに限らず任意の数であってもよい。また、図1では、図示の便宜上、各分岐流路30に連通する2つの水素供給装置61、62と4つの水素消費装置70とを示しているが、これらの数は、それぞれ2つや4つに限らず任意の数であってもよい。また、分岐流路30からさらに流路が分岐していてもよく、かかる分岐先に、他の水素供給装置61、62および水素消費装置70が接続されていてもよい。
In FIG. 1, for convenience of illustration, six
水素異常検出装置40は、水素流路20上に複数配置され、水素流路20を流通する水素の異常を検出する。水素の異常としては、水素製造装置で水素を製造する際における空気、微粒子および水分等の不純物の混入や、水素製造装置の精製ユニットの不具合による水素の純度低下、水素流路20上に配置されて微粒子等を除去する図示しないフィルターの詰まり、水素流路20を構成するパイプの亀裂等に起因する水素の漏洩等が該当する。本実施形態では、互いに隣り合う2つの分岐点25の間に、それぞれ1つの水素異常検出装置40が配置されている。本実施形態において、水素異常検出装置40は、水素濃度センサで構成されている。なお、水素濃度センサに代えて圧力センサ等の、水素の異常を検出可能な任意のセンサにより構成されていてもよい。水素異常検出装置40は、センサの検出結果を示す出力信号を、制御装置80に送信する。
A plurality of hydrogen
遮断部50は、水素流路20上に複数配置され、それぞれ独立して水素流路20を遮断可能に構成されている。本実施形態では、各分岐点25と各水素異常検出装置40との間に、それぞれ1つの遮断部50が配置されている。このため、各分岐点25を挟んで複数の遮断部50が配置されている。本実施形態において、遮断部50は、電磁式のシャットオフバルブにより構成されているが、電磁式に代えて電動式等、水素流路20を遮断可能な任意の種類の遮断装置により構成されていてもよい。遮断部50は、水素の異常が検出されていない通常状態において開かれており、制御装置80からの閉指令に応じて閉じられる。
A plurality of blocking
制御装置80は、CPUと記憶装置とを備えるコンピュータであり、電子制御ユニットとして構成されている。制御装置80は、各水素異常検出装置40からの出力信号を受信するとともに、遮断部50に閉指令の信号を送信する。これにより、制御装置80は、水素流路20の遮断を制御する。なお、制御装置80は、水素供給装置61、62および水素消費装置70と、それぞれ互いに通信できる構成であってもよい。また、制御装置80は、水素供給装置61、62としての水素製造装置における水素製造量の制御や、水素貯蔵装置における水素貯蔵量の制御等、水素供給システム10における水素の供給に関連する任意の制御を実行可能に構成されていてもよい。
The
図2は、異常が検出された状況の一例を説明する説明図である。図2に示す状況では、複数の水素異常検出装置40のうち、『異常検出』と記載された、互いに隣り合う2つの水素異常検出装置40において異常が検出されている。異常が検出された水素異常検出装置40は、水素の異常を示す信号を制御装置80に送信する。制御装置80は、水素の異常を示す信号を受信すると、かかる異常を示す信号が送信された水素異常検出装置40を挟んで隣り合う2つの遮断部50に対して、閉指令を示す信号を送信する。図2の例では、『閉』と記載された4つの遮断部50に対して閉指令を示す信号が送信され、かかる遮断部50が閉じられる。したがって、環状に配置された水素流路20のうち4つの遮断部50を含む領域における水素の流通が遮断されるとともに、かかる領域に含まれる分岐点25から分岐する分岐流路30における水素の流通が遮断される。また、環状に配置された水素流路20のうち、かかる4つの遮断部50の間を除く領域と、そこから分岐する全ての分岐流路30とにおいて、水素の流通が継続される。すなわち、図2において水素供給装置61に連通する分岐流路30と、かかる分岐流路30に隣接する水素流路20の一部とにおける水素の流通は、水素供給システム10のネットワークにおいて遮断されることとなるのに対し、水素流路20のうち遮断を実行していない遮断部50を含む流路部分において、水素の流通が継続される。図2に示す状況において、水素供給装置61は、例えば水素製造時に不純物が混入する等の不具合が発生することにより、異常の発生源となっている可能性がある。制御装置80と水素供給装置61とが通信可能な構成において、制御装置80は、水素供給装置61の点検を実施させる旨の指示を水素供給装置61に送信してもよい。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a situation in which an abnormality is detected. In the situation shown in FIG. 2, among the plurality of hydrogen
以上説明した本実施形態の水素供給システム10によれば、複数の分岐流路30が分岐する環状の水素流路20において、互いに隣り合う2つの分岐点25の間に配置された水素異常検出装置40と、分岐点25を挟んで配置された複数の遮断部50であってそれぞれ独立して水素流路20を遮断可能に構成された遮断部50とを備えるので、水素異常検出装置40により異常が検出された場合に、異常を検出した水素異常検出装置40の近傍の一部の遮断部50のみに水素流路20の遮断を実行させることができる。このため、水素流路20のうち遮断を実行していない遮断部50を含む流路部分において、水素の流通を継続できる。したがって、水素供給システム10を構成する流路としての水素流路20において異常が発生した場合に、水素供給システム10における水素の流路の全域における水素の供給停止を抑制できる。このため、水素の供給が完全に停止して水素を利用できなくなることを抑制でき、利用者の利便性の低下を抑制できる。また、異常が発生している流路における水素の流通を遮断するので、異常の発生範囲が拡大することを抑制できる。
According to the
また、分岐点25を挟んで複数の遮断部50が配置されているので、異常の発生源となる可能性のある水素供給装置61、62と連通する分岐流路30を含む流路を遮断できる。このため、水素供給を停止する領域を限定して、異常の発生範囲が拡大することをより抑制できる。また、各分岐点25と各水素異常検出装置40との間に、それぞれ1つの遮断部50が配置されているので、異常が検出された範囲のみにおいて水素流路20を遮断できる。このため、水素の流通を遮断する領域を限定でき、異常が検出されていない箇所において水素の流通が遮断されることを抑制でき、過度に広い範囲で水素の流通が遮断されることを抑制できる。
Further, since a plurality of blocking
また、水素流路20上の1つの水素異常検出装置40において水素の異常が検出された状況においては、かかる水素異常検出装置40の両側に配置された遮断部50を閉じることにより、異常が検出された範囲のみにおいて水素流路20を遮断できる。このため、水素の流通を遮断する領域を限定でき、分岐流路30における水素の流通が遮断されることを抑制できる。
Further, in a situation where a hydrogen abnormality is detected in one hydrogen
また、複数の水素異常検出装置40と複数の遮断部50とが配置されているので、水素流路20における水素の漏洩検査の際に、検査箇所の両側に位置する遮断部50を閉じることによって、検査を実施する比較的狭い領域において水素流路20を遮断でき、検査を実施しない領域における水素の流通を継続できる。また、水素流路20上に配置されて微粒子等を除去するフィルターや、水素流路20を構成するパイプの一部を交換する際に、フィルターやパイプの両側に位置する遮断部50を閉じることによって、交換を実施する比較的狭い領域において水素流路20を遮断でき、交換を実施しない領域における水素の流通を継続できる。したがって、水素流路20の検査や保守を実施する場合においても、水素供給システム10を構成する流路の全域における水素の供給停止を抑制できる。
Further, since a plurality of hydrogen
B.第2実施形態:
図3は、第2実施形態の水素供給システム10aの概要を模式的に示す模式図である。第2実施形態の水素供給システム10aは、水素流路20において、互いに隣り合う2つの分岐点25の間に、それぞれ遮断部50が1つずつ配置されている点において、第1実施形態の水素供給システム10と異なる。その他の構成は第1実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing an outline of the
図3に示す状況では、複数の水素異常検出装置40のうち、『異常検出』と記載された1つの水素異常検出装置40において異常が検出されている。異常が検出された水素異常検出装置40は、水素の異常を示す信号を制御装置80に送信する。制御装置80は、水素の異常を示す信号を受信すると、かかる異常を示す信号が送信された水素異常検出装置40を挟んで互いに隣り合う遮断部50に対して、閉指令を示す信号を送信する。図3の例では、『閉』と記載された2つの遮断部50に対して閉指令を示す信号が送信され、かかる遮断部50が閉じられる。したがって、環状に配置された水素流路20のうち2つの遮断部50を含む領域における水素の流通が遮断されるとともに、かかる領域に含まれる分岐点25から分岐する分岐流路30における水素の流通が遮断される。また、環状に配置された水素流路20のうち、かかる2つの遮断部50の間を除く領域と、そこから分岐する全ての分岐流路30とにおいて、水素の流通が継続される。すなわち、図3において水素供給装置61に連通する分岐流路30と、かかる分岐流路30に隣接する水素流路20の一部とにおける水素の流通は、水素供給システム10のネットワークにおいて遮断されることとなるのに対し、遮断を実行していない遮断部50を含む流路部分において、水素の流通が継続される。
In the situation shown in FIG. 3, among the plurality of hydrogen
以上説明した第2実施形態の水素供給システム10aによれば、第1実施形態の水素供給システム10と同様な効果を奏する。加えて、互いに隣り合う2つの分岐点25の間に、それぞれ遮断部50が1つずつ配置されているので、遮断部50の設置数を抑制できる。
According to the
C.第3実施形態:
図4は、第3実施形態の水素供給システム10bの概要を模式的に示す模式図である。第3実施形態の水素供給システム10bは、環状の水素流路20を囲むようにして、環状の水素流路21bがさらに配置されている点において、第1実施形態の水素供給システム10と異なる。その他の構成は第1実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
C. Third embodiment:
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing an outline of the
図4に示すように、水素供給システム10bは、2つの環状の水素流路20、21bによって、二重の環状のネットワークを備えている。複数の分岐流路30bは、水素流路20と水素流路21bとを連通させている。このため、各分岐流路30bの、分岐点25とは反対側の端部は、水素流路21bから水素流路20側に分岐する分岐点22bに位置している。また、水素流路21bには、分岐点22bとは異なる複数の分岐点23bが設けられており、複数の分岐点22bからは、分岐流路31bがそれぞれ分岐している。各分岐流路31bは、水素流路21bと連通するとともに、水素供給装置61、62または水素消費装置70と連通している。本実施形態において、水素流路21bには、互いに隣り合う2つの分岐点23bの間にそれぞれ1つの水素異常検出装置40が配置され、分岐点22bと分岐点23bとの間にそれぞれ1つの遮断部50が配置されている。
As shown in FIG. 4, the
以上説明した第3実施形態の水素供給システム10bによれば、第1実施形態の水素供給システム10と同様な効果を奏する。加えて、2つの環状の水素流路20、21bによる二重の環状のネットワークを備えるので、異常を検出した水素異常検出装置40の近傍の一部の遮断部50のみに水素流路20または水素流路21bの遮断を実行させることができる。このため、遮断を実行していない遮断部50を含む流路部分において、水素の流通を継続できる。したがって、水素供給システム10を構成する流路の全域における水素の供給停止をより抑制できる。また、2つの環状の水素流路20、21bによる二重の環状のネットワークを備えるので、水素流路20、21bを、例えば、低圧水素用と高圧水素用等、流通させる水素の種類に応じて使い分けることができる。
According to the
D.他の実施形態:
(1)上記実施形態の水素供給システム10、10a、10bにおいて、各分岐流路30、31bは、水素供給装置61、62と水素消費装置70とのうちのいずれか一方と接続されていたが、水素供給装置61、62と水素消費装置70との両方と接続された態様であってもよい。かかる態様によれば、例えば、水素供給装置61、62から供給される水素を、同じ分岐流路30、31bに接続された水素消費装置70に供給できるとともに、分岐流路30、31bおよび水素流路20、21bを介して他の分岐流路30、31bに接続された水素消費装置70に供給できる。かかる構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
D. Other embodiments:
(1) In the
(2)上記実施形態の水素供給システム10、10a、10bにおける、水素異常検出装置40および遮断部50の配置位置は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、分岐点22b、23b、25上にさらに水素異常検出装置40が配置されていてもよい。また、例えば、分岐流路30、31b上にさらに水素異常検出装置40が配置されていてもよい。また、例えば、分岐流路30、31b上にさらに遮断部50が配置されていてもよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
(2) The arrangement positions of the hydrogen
(3)上記実施形態の水素供給システム10、10a、10bに配置された遮断部50は、電磁式のシャットオフバルブにより構成されて制御装置80からの閉指令に応じて閉じられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、手動式のシャットオフバルブにより構成されるとともに制御装置80が省略されて、作業者による手動操作により遮断部50が閉じられる構成であってもよい。かかる構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
(3) The blocking
(4)第3実施形態の水素供給システム10bは、二重の環状のネットワークを備えていたが、二重に限らず三重等、任意の数の環状のネットワークを備えていてもよい。かかる構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
(4) The
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention are for solving a part or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve the part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
10、10a、10b…水素供給システム、20、21b…水素流路、22b、23b、25…分岐点、30、30b、31b…分岐流路、40…水素異常検出装置、50…遮断部、61、62…水素供給装置、70…水素消費装置、80…制御装置 10, 10a, 10b ... Hydrogen supply system, 20, 21b ... Hydrogen flow path, 22b, 23b, 25 ... Branch point, 30, 30b, 31b ... Branch flow path, 40 ... Hydrogen abnormality detector, 50 ... Blocker, 61 , 62 ... Hydrogen supply device, 70 ... Hydrogen consumption device, 80 ... Control device
Claims (1)
環状に配置され、水素を流通させる水素流路と、
前記水素流路と連通し、前記水素流路に設けられた複数の分岐点から分岐して前記複数の水素供給装置および前記1または複数の水素消費装置のうちの互いに異なる少なくとも1つの装置とそれぞれ接続される複数の分岐流路と、
前記水素流路において、互いに隣り合う2つの前記分岐点の間に配置され、前記水素の異常を検出する水素異常検出装置と、
前記水素流路において前記分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であって、それぞれ独立して前記水素流路を遮断可能に構成された遮断部と、
を備える、水素供給システム。 A hydrogen supply system that distributes hydrogen supplied from multiple hydrogen supply devices to one or more hydrogen consumption devices .
A hydrogen flow path that is arranged in a ring and distributes hydrogen,
Communicating with the hydrogen flow path, branching from a plurality of branch points provided in the hydrogen flow path, and at least one device different from each other among the plurality of hydrogen supply devices and the one or the plurality of hydrogen consumption devices, respectively. With multiple branch channels connected
In the hydrogen flow path, a hydrogen abnormality detecting device arranged between two branching points adjacent to each other and detecting the hydrogen abnormality, and a hydrogen abnormality detecting device.
A plurality of blocking portions arranged across the branch point in the hydrogen flow path, each of which is configured to be able to cut off the hydrogen flow path independently.
A hydrogen supply system.
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