JP6289964B2

JP6289964B2 - 水素ステーション

Info

Publication number: JP6289964B2
Application number: JP2014066921A
Authority: JP
Inventors: 崎順二岡
Original assignee: JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015190521A

Description

本発明の実施形態は、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ＦＣＶ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、圧縮機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、蓄圧器から水素が放出され、蓄圧器から放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するための設備である。

特開２０１１−３３０７０号公報

例えば、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。したがって、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。このため、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、水素を燃料として使用する車両に、水素を供給する水素ステーションであって、
水素を蓄圧する複数の蓄圧器と、
前記複数の蓄圧器から放出された水素を冷却する冷却機と、
前記車両に、前記冷却機が冷却した水素を供給する水素供給手段と、
を備え、
前記複数の蓄圧器は、鉛直方向に隣接するように並んで配置されており、
鉛直方向に並べられた前記複数の蓄圧器のうち、中間に位置する蓄圧器から順番に、水素を放出させて、前記冷却機を介して、前記車両に水素を供給する。

前記水素ステーションにおいて、
前記中間に位置する前記蓄圧器から水素を放出させた後、前記中間に位置する前記蓄圧器の下方に位置する蓄圧器から水素を放出させるようにしてもよい。

前記水素ステーションにおいて、
前記下方に位置する前記蓄圧器から水素を放出させた後、前記中間に位置する前記蓄圧器の上方に位置する蓄圧器から水素を放出させるようにしてもよい。

前記水素ステーションにおいて、
前記複数の蓄圧器は、水平方向にも隣接するように並んで配置されており、
前記中間に位置し水平方向に並んだすべての前記蓄圧器から水素を放出させた後、前記中間に位置する前記蓄圧器の下方に位置する蓄圧器から水素を放出させるようにしてもよい。

前記水素ステーションにおいて、
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して、前記複数の蓄圧器に充填する圧縮機と、をさらに備えるようにしてもよい。

前記水素ステーションにおいて、
前記貯蔵容器に貯蔵された水素を前記圧縮機により昇圧して、鉛直方向に並べられた前記複数の蓄圧器のうち、上方に位置する蓄圧器から順番に、水素を充填させるようにしてもよい。

前記水素ステーションにおいて、
水平方向に並んだすべての前記蓄圧器に水素を充填させた後、その下方に位置する蓄圧器に水素を充填させるようにしてもよい。

前記水素ステーションにおいて、
前記蓄圧器は、長手方向に延在するチューブ状の形状を有し、
前記複数の蓄圧器は、前記複数の蓄圧器の長手方向が鉛直方向と直交するように、鉛直方向に並んで配置されているようにしてもよい。

本発明に係る水素ステーションは、蓄圧器の冷却効果を高めることができる。すなわち、蓄圧器への水素充填時における水素の温度を低く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が下げられるので、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。

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。したがって、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。

すなわち、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され、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。図２は、図１に示す蓄圧器ユニット４を紙面に水平方向から見た図である。図３は、図１に示す水素ステーション１において、複数の蓄圧器から水素を放出させる動作の一例を示すフロー図である。図４は、図１に示す水素ステーション１において、複数の蓄圧器に水素を充填させる動作の一例を示すフロー図である。

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。

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。また、図２は、図１に示す蓄圧器ユニット４を紙面に水平方向から見た図である。

図１に示すように、水素ステーション１は、水素を燃料として使用する車両（例えば、燃料電池自動車ＦＣＶ）７に、水素を供給するようになっている。

図１に示すように、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。

さらに、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、この圧縮機３と配管を介して接続された蓄圧器ユニット４とを備える。

圧縮機３は、貯蔵容器２に貯蔵された水素を昇圧する。この圧縮機３で昇圧された水素は、複数の蓄圧器４１〜４８へ送られる。すなわち、圧縮機３は、貯蔵容器２に貯蔵された水素を昇圧して、複数の蓄圧器４１〜４８に充填する。

また、蓄圧器ユニット４は、複数の蓄圧器４１〜４８が配置されている。この蓄圧器ユニット４の容量は、１台の車両７に、または２台の車両７に連続して水素を供給する程度の容量を有する。この蓄圧器ユニット４は、蓄圧器４１〜４８からの水素の放出、および蓄圧器４１〜４８への水素の充填を制御する制御部４ａを有する。なお、この制御部４ａは、蓄圧器ユニット４の外部に設けられていてもよい。また、制御部４ａを省略して、手動により、蓄圧器への水素の充填、蓄圧器からの水素の放出を制御するようにしてもよい。

複数の蓄圧器４１〜４８は、長手方向に延在するチューブ状の形状（細長い形状）を有する。例えば、複数の蓄圧器４１〜４８は、例えば、内容量１００Ｌ以下である。

複数の蓄圧器４１〜４８は、鉛直方向に隣接するように並んで配置されている（図１）。より具体的には、複数の蓄圧器４１〜４８は、複数の蓄圧器４１〜４８の長手方向が鉛直方向と直交するように、鉛直方向に並んで配置されている。

例えば、図１、図２に示すように、上から、蓄圧器４１、４２の組、蓄圧器４３、４４の組、蓄圧器４５、４６の組、蓄圧器４７、４８の組の順に鉛直方向に並んで配置されている。

また、複数の蓄圧器４１〜４８は、水平方向にも隣接するように並んで配置されている（図２）。例えば、図１、図２に示すように、蓄圧器４１、４２が水平方向に隣接し、蓄圧器４３、４４が水平方向に隣接し、蓄圧器４５、４６が水平方向に隣接し、蓄圧器４７、４８の組が水平方向に隣接している。

なお、蓄圧器４１〜４８の圧力は、車両７の燃料タンク（図示せず）よりも高圧である。例えば、車両の燃料タンクの圧力が７０ＭＰａの場合、複数の蓄圧器４１〜４８の圧力は８０ＭＰａ程度である。

さらに、水素ステーション１は、蓄圧器４１〜４８と配管で接続された冷却機５と、この冷却機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、複数の蓄圧器４１〜４８から放出された水素を冷却する。例えば、冷却機５は、蓄圧器４１〜４８から放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４１〜４８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。

ここで、以上のような構成を有する水素ステーション１の動作の一例について説明する。始めに、複数の蓄圧器４１〜４８から水素を放出させて、冷却機５を介して、車両７に水素を供給する場合について説明する。図３は、図１に示す水素ステーション１において、複数の蓄圧器から水素を放出させる動作の一例を示すフロー図である。

先ず、図３に示すように、制御部４ａは、鉛直方向に並べられた複数の蓄圧器４１〜４８のうち、中間に位置する蓄圧器４３、４４から水素を放出させて、冷却機５を介して、車両７に水素を供給する（ステップＳ１）。

次に、制御部４ａは、中間に位置する蓄圧器４３、４４から水素を放出させた後、中間に位置する蓄圧器の下方に位置する蓄圧器４５、４６から水素を放出させて、冷却機５を介して、車両７に水素を供給する（ステップＳ２）。

さらに、制御部４ａは、蓄圧器４５、４６から水素を放出させた後、蓄圧器４５、４６の下方に位置する蓄圧器４７、４８から水素を放出させて、冷却機５を介して、車両７に水素を供給する（ステップＳ２）。

このように、鉛直方向に並べられた複数の蓄圧器４１〜４８のうち、中間に位置する蓄圧器４３、４４から順番に、水素を放出させて、冷却機５を介して、車両７に水素を供給する。特に、中間に位置し水平方向に並んだすべての蓄圧器４３、４４から水素を放出させた後、中間に位置する蓄圧器４３、４４の下方に位置する蓄圧器４５、４６から水素を放出させる。

そして、制御部４ａは、下方に位置する蓄圧器４５〜４８から水素を放出させた後、中間に位置する蓄圧器４３、４４の上方に位置する蓄圧器４１、４２から水素を放出させて、冷却機５を介して、車両７に水素を供給する（ステップＳ３）。

既述のように、各蓄圧器４３、４４から水素が放出されると、蓄圧器４１〜４８内の圧力が低下するとともに、蓄圧器の温度（水素の温度）が低下する。この蓄圧器４３、４４の温度低下による冷気は、下方に向かって下降するので、その下方に位置する蓄圧器４５〜４８を冷却する。しかし、上方に位置する蓄圧器４１、４２も少なからず冷却されることとなる。

なお、最後は、車両の燃料タンクの圧力がある程度上昇しているため、圧力の変動が少なく、上方に位置する蓄圧器４１、４２から少し暖かい水素の充填になっても問題無い。

このように、蓄圧器４１〜４８の水素の温度を低く抑えることができる。

次に、複数の蓄圧器４１〜４８に水素を充填する場合について説明する。図４は、図１に示す水素ステーション１において、複数の蓄圧器に水素を充填させる動作の一例を示すフロー図である。

圧縮機３は、貯蔵容器２から供給された水素を昇圧し、蓄圧器４１〜４８に充填する。

例えば、貯蔵容器２に貯蔵された水素を圧縮機３により昇圧する。

そして、図４に示すように、制御部４ａは、鉛直方向に並べられた複数の蓄圧器４１〜４８のうち、上方に位置する蓄圧器４１、４２から順番に、昇圧された水素を充填させる。

より具体的には、制御部４ａは、上方に位置し水平方向に並んだすべての蓄圧器４１、４２に水素を充填させる（ステップＳ１１）。

そして、制御部４ａは、水平方向に並んだすべての蓄圧器４１、４２に水素を充填させた後、その下方（中間）に位置する蓄圧器４３、４４に昇圧された水素を充填させる（ステップＳ１２）。

そして、制御部４ａは、水平方向に並んだすべての蓄圧器４３、４４に水素を充填させた後、その下方に位置する蓄圧器４５、４６に昇圧された水素を充填させる（ステップＳ１３）。

そして、制御部４ａは、水平方向に並んだすべての蓄圧器４５、４６に水素を充填させた後、その下方に位置する蓄圧器４７、４８に昇圧された水素を充填させる（ステップＳ１３）。

ここで、圧縮機３から蓄圧器に水素が充填されると、蓄圧器内の圧力が上昇するとともに、蓄圧器内の水素温度が上昇する。この蓄圧器の熱気は、上方に移動するので、上述のように、上方に位置する蓄圧器４１、４２から順番に、水素を充填させる。

なお、蓄圧器の温度は、規定温度（例えば、４０℃）以下に管理されているため、水素の充填後に、下の蓄圧器の放熱で、上の蓄圧器が規定温度を超えることは無い。

以上のように、本実施形態に係る水素ステーション１は、蓄圧器４１〜４８の冷却効果を高めることができる。すなわち、蓄圧器４１〜４８への水素充填時における水素の温度を低く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。

さらに、蓄圧器４１〜４８内の圧力が規定の圧力に到達するまでに要する水素の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４１〜４８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。

なお、本実施形態に係る水素ステーション１は、蓄圧器ユニット４に蓄圧器を８本備えたが、これに限らず、７本以下であっても、９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４１〜４８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（図示せず）を更に備えてもよい。この場合、低圧蓄圧器で蓄積された水素は圧縮機３で昇圧され、蓄圧器４１〜４８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蓄圧器ユニット
４ａ制御部
４１、４２、４３、４４、４５、４６蓄圧器
５冷却機
６ディスペンサ（水素供給手段）
７車両

Claims

水素を燃料として使用する車両に、水素を供給する水素ステーションであって、
水素を蓄圧する複数の蓄圧器と、
前記複数の蓄圧器から放出された水素を冷却する冷却機と、
前記車両に、前記冷却機が冷却した水素を供給する水素供給手段と、
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して、前記複数の蓄圧器に充填する圧縮機と、
を備え、
前記複数の蓄圧器は、鉛直方向に隣接するように並んで配置されており、
鉛直方向に並べられた前記複数の蓄圧器のうち、他の蓄圧器で上下に挟まれた第１の蓄圧器から順番に、水素を放出させて、前記冷却機を介して、前記車両に水素を供給するものであり、前記第１の蓄圧器から水素を放出させた後、前記第１の蓄圧器の下方に位置する第２の蓄圧器から水素を放出させ、前記第２の蓄圧器から水素を放出させた後に前記第１の蓄圧器の上方に位置する第３の蓄圧器から水素を放出させ、
前記貯蔵容器に貯蔵された水素を前記圧縮機により昇圧して、鉛直方向に並べられた前記複数の蓄圧器のうち、上方に位置する蓄圧器から順番に、水素を充填させる
水素ステーション。
前記複数の蓄圧器は、水平方向にも隣接するように並んで配置されており、
水平方向に並んだすべての前記第１の蓄圧器から水素を放出させた後、前記第１の蓄圧器の下方に位置する前記第２の蓄圧器から水素を放出させる
請求項１に記載の水素ステーション。
水平方向に並んだすべての前記第１の蓄圧器に水素を充填させた後、その下方に位置する前記第２の蓄圧器に水素を充填させる
請求項１または２に記載の水素ステーション。
前記複数の蓄圧器は、それぞれ長手方向に延在するチューブ状の形状を有し、
前記複数の蓄圧器は、前記複数の蓄圧器の長手方向が鉛直方向と直交するように、鉛直方向に並んで配置されている
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。