JP7355659B2 - 製品ガス供給システム - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係る水素ガス供給システムの一例を図1~図7に従って説明する。
本実施形態に係る水素製造装置10は、図1に示されるように、脱硫器60と、改質器12と、圧縮機14と、水素精製器16と、オフガスタンク18と、昇圧前水分離部30と、昇圧後水分離部32と、燃焼排ガス水分離部34とを備えている。さらに、水素製造装置10は、水素濃度を検出する検出装置52を備えている。
脱硫器60は、常温下で原料ガスを吸着剤に流通させることで吸着剤が硫黄化合物を吸着し、硫黄化合物を除去する常温脱硫方式の脱硫器である。脱硫器60は、原料ガスとして都市ガスを供給するための原料供給管P1の途中に設けられている。
改質器12は、脱硫処理された都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路22と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスG1を生成する改質触媒層24とを備える。また、改質器12は、改質反応の熱源となる燃焼部28を備えている。改質ガスG1には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。
昇圧前水分離部30は、上部が気体室30aとされ、下部が液体室30bとされている。気体室30aには、改質ガス排出管P3の下流端が接続されている。また、気体室30aには、連絡流路管P4の上流端が接続されている。液体室30bの底部には、改質ガス水配管P8Aが接続されている。改質ガスG2中の水蒸気は、昇圧前水分離部30の上流側に配置された熱交換器HE1において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスG2から分離された水は、液体室30bに貯留され、改質ガス水配管P8Aへ送出される。
圧縮機14には、昇圧前水分離部30からの改質ガスG2が流れる連絡流路管P4と、昇圧後水分離部32へ供給される改質ガスG2が流れる連絡流路管P5とが接続されている。圧縮機14は、昇圧前水分離部30から供給された改質ガスG2を圧縮して昇圧し、昇圧後水分離部32へ供給する。
昇圧後水分離部32は、上部が気体室32aとされ、下部が液体室32bとされている。気体室32aには、連絡流路管P5の下流端が接続されている。また、気体室32aには、連絡流路管P6の上流端が接続されている。液体室32bの底部には、改質ガス水配管P8Bが接続されている。改質ガスG2中の水蒸気は、昇圧後水分離部32の上流側に配置された熱交換器HE2において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスG2から分離された水は、液体室32bに貯留され、改質ガス水配管P8Bへ送出される。
水素精製器16には、昇圧後水分離部32から送出された改質ガスG2が流れる連絡流路管P6の下流端が接続されている。水素精製器16には、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置が使用される。この水素精製器16により改質ガスG2が製品ガスとしての水素ガス(製品水素ガス)と水素以外の不純物を含むオフガスとに分離される。水素精製器16には、製品水素配管P11が接続されており、精製された水素ガスは製品水素配管P11へ送出される。オフガスは、後述するオフガス管P7へ送出される。
検出装置52は、燃料電池セルの電解質層を利用した検出装置であって、図2に示されるように、筐体52aと、筐体52aの内部の空間を仕切ると共に不純物によって被毒して抵抗値が変化する電解質層52bとを備えている。さらに、検出装置52は、電解質層52bの一方側に配置された電極52cと、電解質層52bの他方側に配置された電極52dとを備えている。
燃焼排ガス水分離部34は、図1に示されるように、上部が気体室34aとされ、下部が液体室34bとされている。気体室34aには、ガス排出管P10の下流端が接続されている。また、気体室34aには、外部排出管P12が接続されている。液体室34bの底部には、燃焼排ガス水配管P8Cが接続されている。
次に、水素製造装置10の作用について説明する。
次に、ガス供給管110、水素ホルダ120、補充部130、連結管140、及び減圧弁150等について説明する。
ガス供給管110は、図3に示されるように、水素製造装置10によって製造され、工場等の供給対象施設へ供給される水素ガスが流れる管である。水素ガスは、製品ガスの一例である。
補充部130は、図3に示されるように、水素ガスが充填された複数の充填容器128(所謂カードル)を備えている。
減圧弁150は、図3に示されるように、連結管140の途中に設けられている。減圧弁150は、図4に示されるように、水素ガスが流入する一次室150aと、流出する水素ガスが一旦貯留される二次室150bと、一次室150a及び二次室150bを連通する連通口150cとを有している。さらに、減圧弁150は、調整ねじ150dと、調整スプリング150eと、ダイアフラム150fと、ステム150gと、棒状のコネクタ150hと、小スプリング150jとを備えている。
水素ガス供給システム100を制御する制御部170は、図5に示されるように、CPU(CenTral Processing UniT:プロセッサ)172、ROM(Read Only Memory)174、RAM(Random Access Memory)176、ストレージ178、及びインタフェース180を含んで構成されている。また、各構成は、バス182を介して相互に通信可能に接続されている。
図3に示されるように、ガス供給管110において水素ホルダ120に対して下流側の部分には、減圧弁190が設けられている。この減圧弁190は、水素ホルダ120から供給対象施設に向けて送出された水素ガスを減圧する。なお、減圧弁190の設定値は、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスの圧力の規定範囲の下限値よりも低い値とされている。減圧弁190は、他の減圧弁の一例である。
次に、本実施形態の水素ガス供給システム100の作用について、比較形態の水素ガス供給システム500と比較しつつ説明する。先ず、水素ガス供給システム500の構成の構成について、水素ガス供給システム100と異なる部分を説明する。
図7に示されるように、水素ガス供給システム500では、連結管140の途中に減圧弁は設けられておらず、連結管140の途中に連結管140の流路を開閉する電磁弁550が設けられている。そして、制御部570の制御によって、電磁弁550が連結管140の流路を開閉するようになっている。
水素ガス供給システム100、500の水素製造装置10では、図1に示す脱硫器60が、原料供給管P1から供給された都市ガスから硫黄化合物を除去する。さらに、改質器12が、都市ガスを、水素を主成分とする改質ガスG1とし、また、改質ガスG1を、一酸化炭素が低減された改質ガスG2とする。
以上説明したように、水素ガス供給システム100では、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスと、減圧弁150によって減圧される水素ガスとの圧力バランスによって、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスの圧力が規定範囲に維持される。また、減圧弁150によって水素ガスが減圧される設定値については、0.65〔MPa〕とされ、規定範囲の上限値よりも下限値に近い値とされている。換言すれば、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスの圧力が規定範囲の下限値に近い値となったときだけ、補充部130の充填容器128に充填されている水素ガスが、連結管140及びガス供給管110を流れて水素ホルダ120へ送出される。このように、水素ガス供給システム100では、水素ガス供給システム500のように電磁弁550による流路の開閉を制御することなく、水素製造装置10によって製造された水素ガスを有効に使用し、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスの圧力を規定範囲に維持することができる。
本発明の第2実施形態に係る水素ガス供給システムの一例を図8~10に従って説明する。第2実施形態に係る水素ガス供給システム200については、第1実施形態に係る水素ガス供給システム100に対して異なる部分を主に説明する。
図8に示す水素ガス供給システム200では、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスの圧力が0.65〔MPa〕以下の場合に、補充部130の充填容器128に充填されている水素ガスが、連結管140及びガス供給管110を流れて水素ホルダ120へ送出される。さらに、検出部260は、充填容器128から送出される水素ガスの一次側圧力を検出する。
以上説明したように、制御部270は、補充部130の充填容器128から水素ホルダ120へ送出される水素ガスの二次側圧力が高くなると、水素ホルダ120に貯留されている水素ガスの圧力の規定範囲の下限値を高い値に設定する。換言すれば、制御部270は、補充部130の充填容器128から水素ホルダ120へ送出される水素ガスの圧力が高くなると、水素製造装置10の負荷を上げる。このため、充填容器128から送出される水素ガスの二次側圧力が変動した場合であっても、水素製造装置10の負荷が常に一定の場合と比して、水素製造装置10によって製造され水素ガスを有効に使用することができる。
100 水素ガス供給システム(製品ガス供給システムの一例)
110 ガス供給管
120 水素ホルダ(ガスホルダの一例)
128 充填容器
130 補充部
140 連結管
150 減圧弁
170 制御部
200 水素ガス供給システム(製品ガス供給システムの一例)
260 検出部
264 記憶部
270 制御部
Claims (4)
- 原料ガスを改質して改質ガスを生成し、改質ガスを精製して製品ガスを製造する製品ガス製造装置と、
前記製品ガス製造装置によって製造されて供給対象施設へ向かう製品ガスが流れるガス供給管と、
前記ガス供給管に設けられ、決められた規定範囲の圧力で製品ガスを一旦貯留するガスホルダと、
製品ガスが充填された充填容器を備える補充部と、
前記補充部と、前記ガス供給管において前記ガスホルダに対して上流側の部分とを連結する連結管と、
前記連結管の途中に設けられ、前記補充部の前記充填容器から前記ガスホルダへ流れる製品ガスの圧力を、前記規定範囲の上限値よりも下限値に近い設定値に減圧する減圧弁と、
前記ガス供給管において前記ガスホルダに対してガス流れ方向の下流側に設けられ、前記ガスホルダから供給対象施設に向けて送出されたガスを減圧する他の減圧弁と、
を備える製品ガス供給システム。 - 原料ガスを改質して改質ガスを生成し、改質ガスを精製して製品ガスを製造する製品ガス製造装置と、
前記製品ガス製造装置によって製造されて供給対象施設へ向かう製品ガスが流れるガス供給管と、
前記ガス供給管に設けられ、決められた規定範囲の圧力で製品ガスを一旦貯留するガスホルダと、
製品ガスが充填された充填容器を備える補充部と、
前記補充部と、前記ガス供給管において前記ガスホルダに対して上流側の部分とを連結する連結管と、
前記連結管の途中に設けられ、前記補充部の前記充填容器から前記ガスホルダへ流れる製品ガスの圧力を、前記規定範囲の上限値よりも下限値に近い設定値に減圧する減圧弁と、
前記製品ガス製造装置を制御し、前記ガスホルダの製品ガスの圧力が、前記規定範囲の下限値に近い場合は、上限値に近い場合と比して、前記製品ガス製造装置の負荷を上げる制御部と、
を備える製品ガス供給システム。 - 前記製品ガス製造装置を制御し、前記ガスホルダの製品ガスの圧力が、前記規定範囲の下限値に近い場合は、上限値に近い場合と比して、前記製品ガス製造装置の負荷を上げる制御部を備える請求項1に記載の製品ガス供給システム。
- 前記連結管において前記減圧弁の上流側の部分の製品ガスの圧力を検出する検出部と、
前記連結管において前記減圧弁の上流側の部分を流れる製品ガスの圧力と前記減圧弁の下流側の部分を流れる製品ガスの圧力との圧力関係を記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記検出部によって検出された製品ガスの圧力と、前記記憶部に記憶された前記圧力関係とから導出された前記減圧弁の下流側の部分を流れる製品ガスの圧力が高い場合は、低い場合と比して、前記規定範囲の下限値を高い値に設定する請求項2又は請求項3に記載の製品ガス供給システム。
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