JP7390972B2 - 水素供給システムおよび船舶への水素供給方法 - Google Patents
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Description
本開示は、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶に対して水素を輸送して供給する水素供給システム、および、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶への水素供給方法に関するものである。
従来、船舶においては駆動源の燃料として重油が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のように、燃料に重油が用いられている船舶はＣＯ２を多く排出するため、そのことが地球温暖化につながってしまう。そこで、環境保全の観点から、ＣＯ２の排出量を低減するため、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶がある。この船舶には、主に水素ガスが充填された燃料充填容器によって水素が供給される。また、燃料充填容器への水素ガスの充填は、水素ステーションなどの水素充填施設で行われる。
しかしながら、燃料充填容器への水素ガスの充填が行われる水素ステーションなどの水素供給設備の数は全国的に少なく、船舶が停泊する港などの停泊場所の位置によっては、停泊場所と水素供給設備との距離が遠く、燃料充填容器の輸送に時間がかかる。そのため、船舶に燃料充填容器を積み込むまでの待ち時間がかかり、船舶への水素ガスの供給に時間がかかるという課題があった。
本開示は、以上のような課題を解決するためになされたもので、船舶への水素ガスの供給を円滑に行うことができる水素供給システムおよび船舶への水素供給方法を提供することを目的としている。
本開示に係る水素供給システムは、陸上輸送手段に連結される台車と、前記台車に積まれる荷台と、前記荷台に積まれ、水素が充填される複数の燃料充填容器と、を有し、水素供給設備で前記燃料充填容器に水素ガスの充填が行われる第一工程と、前記第一工程の後、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶が停泊する停泊場所に前記陸上輸送手段によって移動する第二工程と、前記第二工程の後、前記船舶に牽引により積み込まれ、前記駆動源に前記燃料充填容器の水素を供給した後、前記船舶から牽引により積み降ろされる第三工程と、前記第三工程の後、前記水素供給設備に前記陸上輸送手段によって移動する第四工程と、を繰り返す水素供給ユニットを３台以上備え、少なくとも３台の前記水素供給ユニットは、同時刻において前記第一工程～前記第四工程のうちそれぞれ異なる工程を行うものである。
また、本開示に係る船舶への水素供給方法は、陸上輸送手段に連結される台車と、前記台車に積まれる荷台と、前記荷台に積まれ、水素が充填される複数の燃料充填容器と、を有した水素供給ユニットを３台以上備え、各前記水素供給ユニットが、水素供給設備で前記燃料充填容器に水素ガスの充填が行われる第一工程と、前記第一工程の後、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶が停泊する停泊場所に前記陸上輸送手段によって移動する第二工程と、前記第二工程の後、前記船舶に牽引により積み込まれ、前記駆動源に前記燃料充填容器の水素を供給した後、前記船舶から牽引により積み降ろされる第三工程と、前記第三工程の後、前記水素供給設備に前記陸上輸送手段によって移動する第四工程と、を繰り返すようにし、少なくとも３台の前記水素供給ユニットが、同時刻において前記第一工程～前記第四工程のうちそれぞれ異なる工程を行うようにする方法である。
本開示に係る水素供給システムおよび船舶への水素供給方法によれば、第一工程と、第二工程と、第三工程と、第四工程と、を繰り返す水素供給ユニットを３台以上備え、少なくとも３台の水素供給ユニットは、同時刻において第一工程～第四工程のうちそれぞれ異なる工程を行う。そのため、船舶に燃料充填容器を積み込むまでの待ち時間を短縮でき、船舶への水素ガスの供給を円滑に行うことができる。
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本開示が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態．
図１は、実施の形態に係る水素供給システムに用いられる水素供給ユニット１００を模式的に示す斜視図である。
図１は、実施の形態に係る水素供給システムに用いられる水素供給ユニット１００を模式的に示す斜視図である。
実施の形態に係る水素供給ユニット１００は、台車１０と、台車１０に積まれる荷台２０と、荷台２０に積まれる複数の燃料充填容器３０と、を備えている。水素供給ユニット１００は、トラックあるいはトレーラーなどの陸上輸送手段３００（後述する図２参照）を用いて輸送される。
台車１０は、本体部１１と連結部１２と車輪１３とを備えている。本体部１１は平板形状を有し、上面に荷台２０が積まれるものである。連結部１２は本体部１１の前側に設けられ、陸上輸送手段３００に取り付けられるものである。車輪１３は本体部１１の下面に設けられ、陸上輸送手段３００によって連結部１２が引っ張られると回転して台車１０を動かすものである。また、本体部１１および連結部１２は、強度を持たせるため金属製である。
荷台２０は、内部に複数の段が縦方向に形成された直方体形状を有しており、各段に複数の燃料充填容器３０が横向きで積まれるものである。また、荷台２０は、強度を持たせるため金属製である。また、荷台２０は、台車１０に例えば緊締装置（図示せず）でしっかりと固定されている。なお、荷台２０の形状は直方体形状に限定されず、複数の燃料充填容器３０を積める構造であれば他の形状でもよい。また、荷台２０は、各段に複数の燃料充填容器３０が横向きで積まれる構造に限定されず、内部に複数の段が横方向に形成され、各段に複数の燃料充填容器３０が縦向きで積まれる構造でもよい。
燃料充填容器３０は、燃料ガスを充填するものであり、燃料ガスには水素ガスが用いられている。水素ガスは、燃料充填容器３０内で圧縮されて貯蔵される。燃料充填容器３０は、円筒形状の円筒部３０ａとドーム形状のドーム部３０ｂとを有し、たとえば、アルミニウム合金またはプラスチックなどで構成されている。また、燃料充填容器３０のドーム部３０ｂには、燃料ガスを供給または充填するための配管が接続される燃料ガス供給バルブ３１が設けられている。
また、燃料充填容器３０は、少なくとも円筒部３０ａの外周にＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）が巻き付けられている。ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）は、燃料充填容器３０の所要の耐圧性である機械的強度を向上させるために設けられている。燃料充填容器３０を上記の構成とすることで、所要の強度を確保しつつ、従来の燃料ガスを充填する鋼製容器などよりも軽量化することができる。また、燃料充填容器３０は、荷台２０に例えばベルト（図示せず）でしっかりと固定されている。
水素供給ユニット１００は、公道を走る車両の一種であるため、道路運送車両法の規定により、車両を右側または左側に傾けていった場合に転倒しない最大の角度である最大安定傾斜角（転倒角度とも言う）が左右とも３５度以上である必要がある。そこで、各燃料充填容器３０は、水素供給ユニット１００の最大安定傾斜角が左右とも３５度以上となるように積まれている。例えば、各燃料充填容器３０は、荷台２０の各段において、縦横等間隔で同一方向に向けられて積まれている。各燃料充填容器３０をこのように積むことで、道路運送車両法の規定を満たすことができる。
図２は、実施の形態に係る水素供給システムを示す模式図である。なお、図２では、水素供給ユニット１００を輸送する陸上輸送手段３００としてトラックを示しているが、それに限定されない。
図２に示すように、実施の形態に係る水素供給システムでは、３台以上の水素供給ユニット１００を備えている。各水素供給ユニット１００は、第一工程、第二工程、第三工程、第四工程を順番に繰り返す。
第一工程は、最初に、または後述する第四工程の後、水素ステーションなどの水素供給設備２００で水素供給ユニット１００に水素ガスの充填が行われる工程である。
第二工程は、第一工程の後、水素供給ユニット１００が陸上輸送手段３００によって、水素供給設備２００から駆動源の燃料に水素が用いられた船舶４００が停泊する港などの停泊場所５００に移動する工程である。
第三工程は、第二工程の後、水素供給ユニット１００が、船舶４００に牽引により積み込まれ、駆動源に水素を供給した後、船舶４００から牽引により積み降ろされる工程である。なお、第三工程の積み込み時において、水素供給ユニット１００は、第二工程で用いられる陸上輸送手段３００によって牽引されてもよいし、それとは別の車両などの牽引手段によって牽引されてもよい。また、第三工程の積み下ろし時において、水素供給ユニット１００は、第四工程で用いられる陸上輸送手段３００によって牽引されてもよいし、それとは別の車両などの牽引手段によって牽引されてもよい。
第四工程は、第三工程の後、水素供給ユニット１００が陸上輸送手段３００によって、停泊場所５００から水素供給設備２００に移動する工程である。
そして、少なくとも３台の水素供給ユニット１００は、同時刻においてそれぞれ異なる工程を行う。
なお、３台の水素供給ユニット１００を、それぞれ第一の水素供給ユニット１００ａ、第二の水素供給ユニット１００ｂ、第三の水素供給ユニット１００ｃと称する場合、例えば、第一の水素供給ユニット１００ａが、第一工程を行っているとき、第二の水素供給ユニット１００ｂは、第三工程を行っており、第三の水素供給ユニット１００ｃは、第二工程または第四工程を行っている。
そして、船舶４００に積まれた第二の水素供給ユニット１００ｂは、駆動源に水素を供給して燃料充填容器３０内が空になった後、船舶４００が停泊場所５００に停まったタイミングで船舶４００から積み下ろされる。また、陸上輸送手段３００によって水素供給設備２００から運ばれてきた、燃料充填容器３０内に水素が充填されている第三の水素供給ユニット１００ｃは、船舶４００に積み込まれる。また、第一の水素供給ユニット１００ａは、水素供給設備２００で水素ガスの充填が行われる。
ここで、従来、船舶４００から燃料充填容器３０を積み下ろす際、および、船舶４００に燃料充填容器３０を積み込む際には、船舶４００または停泊場所５００に設置されたクレーンなどの装置を用いて燃料充填容器３０を持ち上げる必要があった。そのため、設備コストおよび手間がかかっていた。
しかし、実施の形態に係る水素供給ユニット１００は、複数の燃料充填容器３０が積まれた荷台２０と台車１０とが一体となった構成である。また、燃料充填容器３０に貯蔵される燃料は水素であり従来の水素以外の燃料よりも軽く、燃料充填容器３０自体も従来の燃料ガスを充填する鋼製容器などよりも軽い。
そのため、従来に比べて水素供給ユニット１００を軽量化することができる。その結果、水素供給ユニット１００を牽引して、船舶４００からの燃料充填容器３０の積み下ろし、および、船舶４００への燃料充填容器３０の積み込みを容易に行うことができるため、クレーンなどの装置が不要となる。そのため、設備コストを削減でき、手間も省くことができる。
さらに、実施の形態では、水素供給ユニット１００を軽量化することができるため、重心の位置が下がる。そのため、水素供給ユニット１００の最大安定傾斜角を大きくすることができ、道路運送車両法の規定による制約を受けづらくなるので、燃料充填容器３０の搭載量を増やすことができる。さらに、実施の形態では、水素供給ユニット１００を軽量化することができるため、船舶４００に積まれている時の復元力、つまり波で傾いても元の位置に戻る力への悪影響を少なくすることができる。
また、船舶４００から積み下ろされた第二の水素供給ユニット１００ｂは、陸上輸送手段３００によって水素供給設備２００に運ばれ、水素供給設備２００で水素ガスの充填が行われる。また、船舶４００に積み込まれた第三の水素供給ユニット１００ｃは、船舶４００の駆動源に水素を供給する。また、水素供給設備２００で水素ガスの充填が行われた第一の水素供給ユニット１００ａは、船舶４００が停泊する停泊場所５００に運ばれる。
ここで、従来、燃料充填容器３０への水素の供給が行われる水素ステーションなどの水素供給設備２００の数は全国的に少なく、船舶４００が停泊する停泊場所５００の位置によっては、停泊場所５００と水素供給設備２００との距離が遠く、燃料充填容器３０の輸送に時間がかかる。そのため、船舶４００に燃料充填容器３０を積み込むまでの待ち時間がかかり、船舶４００への水素ガスの供給に時間がかかっていた。
しかし、実施の形態に係る水素供給システムでは、３台以上の水素供給ユニット１００を備えており、そのうち少なくとも３台の水素供給ユニット１００は、同時刻においてそれぞれ異なる工程を行う。そのため、船舶４００に燃料充填容器３０を積み込むまでの待ち時間を短縮でき、船舶４００への水素ガスの供給にかかる時間を短縮することができる。
また、船舶４００が停泊する停泊場所５００に水素ステーションなどの水素供給設備２００を新たに設置する必要がなく、既存の水素供給設備を使用することができるため、設備コストを抑制することができる。また、船舶４００の数が増えても水素供給ユニット１００の数を増やせばよいため、拡張性が高い。
図３は、実施の形態に係る水素供給システムに用いられる水素供給ユニット１００の船舶４００を模式的に示す平面図である。
図３に示すように、水素供給ユニット１００は、船舶４００の後部に形成された積載スペース４１０に積載される。この積載スペース４１０は、駆動源および座席などの船舶４００の既存の設備と競合しない位置に形成されている。
このように、水素供給ユニット１００の積載スペース４１０を船舶４００の後部に形成することで、船舶４００から燃料充填容器３０の積み下ろし、および、船舶４００への燃料充填容器３０の積み込みを行いやすくすることができる。また、積載スペース４１０は、駆動源および座席などの船舶４００の既存の設備と競合しない位置に形成されているため、積載スペース４１０を形成するために既存の設備を移動させるおよび撤去する必要がなく、既存のスペースを有効利用することができる。
図４は、実施の形態に係る水素供給システムに用いられる水素供給ユニット１００の船舶４００への水素供給方法を説明する図である。
まず、各燃料充填容器３０の燃料ガス供給バルブ３１に、集合配管４２１の一方（以下、分岐側と称する）の端部４２２を接続する。そして、集合配管４２１のもう一方（以下、集合側と称する）の端部４２３を船舶４００に設けられている接続配管４２４の燃料側配管４２５に接続する。この接続配管４２４の駆動側配管４２６には、延長ホース４３２を介して船舶４００の駆動源が接続されている。
なお、接続配管４２４の燃料側配管４２５は複数設けられており、燃料側配管４２５のそれぞれに集合配管４２１の集合側の端部４２３が接続される。つまり、接続配管４２４には、複数の集合配管４２１が接続される。
接続配管４２４の駆動側配管４２６には、開閉により配管内の水素ガスの流れを許容または遮断する第一開閉弁４２８が設けられている。さらに、接続配管４２４の駆動側配管４２６の第一開閉弁４２８よりも駆動源側には、燃料充填容器３０内の高圧の水素ガスを減圧させる減圧弁４２７が設けられている。
接続配管４２４の燃料側配管４２５には、開閉により配管内の水素ガスの流れを許容または遮断する第二開閉弁４２９がそれぞれ設けられている。また、接続配管４２４の燃料側配管４２５には、配管内の水素ガスの圧力を検知する圧力計４３０がそれぞれ設けられている。また、接続配管４２４には、異常時に開放して水素ガスを外部に放出するための安全弁４３１が設けられている。
そして、第一開閉弁４２８および第二開閉弁４２９を開状態にして、減圧弁４２７を開状態にすることで、燃料充填容器３０内の高圧の水素ガスが減圧弁４２７で減圧されて、船舶４００の駆動源に供給される。なお、減圧弁４２７は、圧力計４３０が検知する圧力に基づいて所定の開度に制御される。そうすることで、所定の圧力の水素ガスを船舶４００の駆動源に供給することができる。
以上、実施の形態に係る水素供給システムは、陸上輸送手段３００に連結される台車１０と、台車１０に積まれる荷台２０と、荷台２０に積まれ、水素が充填される複数の燃料充填容器３０と、を有し、水素供給設備２００で燃料充填容器３０に水素ガスの充填が行われる第一工程と、第一工程の後、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶４００が停泊する停泊場所５００に陸上輸送手段３００によって移動する第二工程と、第二工程の後、船舶４００に牽引により積み込まれ、駆動源に燃料充填容器３０の水素を供給した後、船舶４００から牽引により積み降ろされる第三工程と、第三工程の後、水素供給設備２００に陸上輸送手段３００によって移動する第四工程と、を繰り返す水素供給ユニット１００を３台以上備え、少なくとも３台の水素供給ユニット１００は、同時刻においてそれぞれ異なる工程を行うものである。
また、実施の形態に係る船舶４００への水素供給方法は、陸上輸送手段３００に連結される台車１０と、台車１０に積まれる荷台２０と、荷台２０に積まれ、水素が充填される複数の燃料充填容器３０と、を有した水素供給ユニット１００を３台以上備え、各水素供給ユニット１００が、水素供給設備２００で燃料充填容器３０に水素ガスの充填が行われる第一工程と、第一工程の後、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶４００が停泊する停泊場所５００に陸上輸送手段３００によって移動する第二工程と、第二工程の後、船舶４００に牽引により積み込まれ、駆動源に燃料充填容器３０の水素を供給した後、船舶４００から牽引により積み降ろされる第三工程と、第三工程の後、水素供給設備２００に陸上輸送手段３００によって移動する第四工程と、を繰り返すようにし、少なくとも３台の水素供給ユニット１００が、同時刻において第一工程～第四工程のうちそれぞれ異なる工程を行うようにする方法である。
実施の形態に係る水素供給システムおよび船舶４００への水素供給方法によれば、第一工程と、第二工程と、第三工程と、第四工程と、を繰り返す水素供給ユニット１００を３台以上備え、少なくとも３台の水素供給ユニット１００は、同時刻においてそれぞれ異なる工程を行う。そのため、船舶４００に燃料充填容器３０を積み込むまでの待ち時間を短縮でき、船舶４００への水素ガスの供給を円滑に行うことができる。
また、実施の形態に係る水素供給システムによれば、水素供給ユニット１００は、複数の燃料充填容器３０が積まれた荷台２０と台車１０とが一体となった構成である。さらに、燃料充填容器３０に貯蔵される燃料は水素であり従来の水素以外の燃料よりも軽く、燃料充填容器３０自体も従来の燃料ガスを充填する鋼製容器などよりも軽い。
そのため、従来に比べて水素供給ユニット１００を軽量化することができる。その結果、水素供給ユニット１００を牽引して、船舶４００からの燃料充填容器３０の積み下ろし、および、船舶４００への燃料充填容器３０の積み込みを容易に行うことができるため、クレーンなどの装置が不要となる。そのため、設備コストを削減でき、手間も省くことができる。
また、実施の形態に係る水素供給システムにおいて、燃料充填容器３０は、円筒形状の円筒部３０ａを有し、アルミニウム合金またはプラスチックで構成されており、少なくとも円筒部３０ａの外周にＣＦＲＰが巻き付けられている。
実施の形態に係る水素供給システムによれば、燃料充填容器３０は、円筒形状の円筒部３０ａを有し、アルミニウム合金またはプラスチックで構成されており、少なくとも円筒部３０ａの外周にＣＦＲＰが巻き付けられている。そのため、燃料充填容器３０を、所要の強度を確保しつつ、従来の燃料ガスを充填する鋼製容器などよりも軽量化することができる。そして、水素供給ユニット１００を軽量化することができるため、重心の位置が下がり、最大安定傾斜角を大きくすることができる。そのため、道路運送車両法の規定による制約を受けづらくなるので、燃料充填容器３０の搭載量を増やすことができる。また、水素供給ユニット１００を軽量化することができるため、船舶４００に積まれている時の復元力への悪影響を少なくすることができる。
また、実施の形態に係る水素供給システムにおいて、各燃料充填容器３０は、最大安定傾斜角が左右とも３５度以上となるように荷台２０に積まれている。
実施の形態に係る水素供給システムによれば、各燃料充填容器３０は、最大安定傾斜角が左右とも３５度以上となるように荷台２０に積まれている。そのため、道路運送車両法の規定を満たすことができる。
また、実施の形態に係る水素供給システムにおいて、船舶４００は、後部に水素供給ユニット１００が積み込まれる積載スペース４１０が形成されている。
実施の形態に係る水素供給システムによれば、船舶４００は、後部に水素供給ユニット１００が積み込まれる積載スペース４１０が形成されている。そのため、船舶４００から燃料充填容器３０の積み下ろし、および、船舶４００への燃料充填容器３０の積み込みを行いやすくすることができる。
１０ 台車、１１ 本体部、１２ 連結部、１３ 車輪、２０ 荷台、３０ 燃料充填容器、３０ａ 円筒部、３０ｂ ドーム部、３１ 燃料ガス供給バルブ、１００ 水素供給ユニット、１００ａ 第一の水素供給ユニット、１００ｂ 第二の水素供給ユニット、１００ｃ 第三の水素供給ユニット、２００ 水素供給設備、３００ 陸上輸送手段、４００ 船舶、４１０ 積載スペース、４２１ 集合配管、４２２ 端部、４２３ 端部、４２４ 接続配管、４２５ 燃料側配管、４２６ 駆動側配管、４２７ 減圧弁、４２８ 第一開閉弁、４２９ 第二開閉弁、４３０ 圧力計、４３１ 安全弁、４３２ 延長ホース、５００ 停泊場所。
Claims (5)
- 陸上輸送手段に連結される台車と、前記台車に積まれる荷台と、前記荷台に積まれ、水素が充填される複数の燃料充填容器と、を有し、
水素供給設備で前記燃料充填容器に水素ガスの充填が行われる第一工程と、前記第一工程の後、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶が停泊する停泊場所に前記陸上輸送手段によって移動する第二工程と、前記第二工程の後、前記船舶に牽引により積み込まれ、前記駆動源に前記燃料充填容器の水素を供給した後、前記船舶から牽引により積み降ろされる第三工程と、前記第三工程の後、前記水素供給設備に前記陸上輸送手段によって移動する第四工程と、を繰り返す水素供給ユニットを３台以上備え、
少なくとも３台の前記水素供給ユニットは、
同時刻において前記第一工程～前記第四工程のうちそれぞれ異なる工程を行う
水素供給システム。 - 前記燃料充填容器は、円筒形状の円筒部を有し、アルミニウム合金またはプラスチックで構成されており、少なくとも前記円筒部の外周にＣＦＲＰが巻き付けられている
請求項１に記載の水素供給システム。 - 各前記燃料充填容器は、最大安定傾斜角が左右とも３５度以上となるように前記荷台に積まれている
請求項１または２に記載の水素供給システム。 - 前記船舶は、後部に前記水素供給ユニットが積み込まれる積載スペースが形成されている
請求項１～３のいずれか一項に記載の水素供給システム。 - 陸上輸送手段に連結される台車と、前記台車に積まれる荷台と、前記荷台に積まれ、水素が充填される複数の燃料充填容器と、を有した水素供給ユニットを３台以上備え、
各前記水素供給ユニットが、
水素供給設備で前記燃料充填容器に水素ガスの充填が行われる第一工程と、前記第一工程の後、駆動源の燃料に水素が用いられた船舶が停泊する停泊場所に前記陸上輸送手段によって移動する第二工程と、前記第二工程の後、前記船舶に牽引により積み込まれ、前記駆動源に前記燃料充填容器の水素を供給した後、前記船舶から牽引により積み降ろされる第三工程と、前記第三工程の後、前記水素供給設備に前記陸上輸送手段によって移動する第四工程と、を繰り返すようにし、
少なくとも３台の前記水素供給ユニットが、
同時刻において前記第一工程～前記第四工程のうちそれぞれ異なる工程を行うようにする
船舶への水素供給方法。
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