JP6378632B2 - 水素荷卸し方法及び水素ステーション - Google Patents

Description

本発明は、水素ステーションに対して水素を荷卸しする水素荷卸し方法、及び、水素ステーションに関する。

従来の水素ステーションとしては、例えば特許文献１に記載されているように、水素を高圧で貯蔵する蓄圧部と、外部から供給される水素を昇圧して蓄圧部に充填する昇圧部（圧縮機）と、蓄圧器の水素を車両に充填するためのディスペンサと、を備えたものが知られている。この特許文献１に記載された水素ステーションでは、安全性や作業性を向上させるべく、各種の機器をキャビネット内に適宜配置することが図られている。

特開２０１３−１６７２８８号公報

ところで、上述したような水素ステーションでは、例えば、水素ステーションとは別の施設からトレーラ等の移動体で水素を輸送し、この水素を蓄圧部に貯蔵する場合（所謂、オフサイト型を採用する場合）がある。この場合、移動体から水素を荷卸しする際、移動体が有する容器内の水素圧力が十分に高いときであっても、当該容器の水素については、通常、例えば減圧弁等で一旦減圧されてから昇圧部で昇圧されて蓄圧部に蓄圧される。そのため、運転コストが悪化するおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、運転コストを節減することができる水素荷卸し方法及び水素ステーションを提供することを課題とする。

本発明に係る水素荷卸し方法は、水素を貯蔵する蓄圧部と、水素を昇圧する昇圧部と、を備える水素ステーションに対して、水素を貯蔵する容器を有する移動体から当該水素を荷卸しする水素荷卸し方法であって、移動体の容器内の圧力を検出する圧力検出工程と、圧力検出工程での検出結果に基づいて、荷卸しを行う荷卸し工程と、を備え、荷卸し工程では、圧力検出工程において検出された容器内の圧力が閾値よりも高い場合、容器と蓄圧部との間の差圧により、容器内の水素を蓄圧部へ移送する第１荷卸し工程を実行し、圧力検出工程において検出された容器内の圧力が閾値以下の場合、昇圧部により容器内の水素を吸引する第２荷卸し工程を実行する。

本発明に係る水素ステーションは、水素を貯蔵する蓄圧部と、水素を昇圧する昇圧部と、水素を貯蔵する容器を有する移動体の容器内の圧力を検出する圧力検出部と、容器から蓄圧部へ第１の開閉弁を介して水素を流通させる第１水素ラインと、容器から昇圧部の吸込み側へ第２の開閉弁を介して水素を流通させる第２水素ラインと、圧力検出部による検出結果に基づいて、第１及び第２の開閉弁を制御する制御部と、を備え、制御部は、圧力検出部により検出された容器内の圧力が閾値よりも高い場合、第１の開閉弁を開口させ、容器と蓄圧部との間の差圧により容器内の水素を蓄圧部へ移送させ、圧力検出部により検出された容器内の圧力が閾値以下の場合、第２の開閉弁を開口させ、昇圧部により容器内の水素を吸引させる。

このような水素荷卸し方法及び水素ステーションでは、移動体の容器内の圧力が閾値以下の場合には昇圧部によって水素を吸引できる一方で、移動体の容器内の圧力が閾値を越えている場合においては、容器と蓄圧部との間の差圧でもって水素を蓄圧部へ移送させることができる。よって、昇圧部によらずに（昇圧部を稼働せずに）水素を荷卸しすることができ、運転コストを節減することが可能となると共に、昇圧部で制限された流速以上の早い流速で水素を蓄圧部に移送することができる。

また、本発明に係る水素荷卸し方法において、第２荷卸し工程では、昇圧部により容器内の水素を吸引し、当該水素を蓄圧部又は昇圧部とは別の他の昇圧部の吸込み側へ移送してもよい。このように、第２荷卸し工程にて昇圧部で吸引された容器の水素については、蓄圧部又は他の昇圧部の吸込み側へと移送させることができる。

本発明によれば、運転コストを節減できると共に、より早い流速で水素を移送可能な水素荷卸し方法及び水素ステーションを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る水素ステーションを示すシステム構成図である。 図１の水素ステーションの要部を示すシステム構成図である。 図１の水素ステーションにおける水素荷卸し方法を含む動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る水素ステーション１００を示すシステム構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る水素ステーション１００は、充填対象に水素を供給するための設備である。ここでの水素ステーション１００では、水素ステーションとは別の施設で水素を精製してトレーラ（移動体）Ｔで運び込む所謂オフサイト型が採用されている。充填対象としては、例えば燃料電池自動車（Fuel Cell Vehicle）等の水素自動車、燃料電池フォークリフト及び燃料電池バイク等が挙げられる。

水素ステーション１００は、外部より水素を受容する水素受容部１と、前段側で水素を昇圧する第１の昇圧部（昇圧部）２と、前段側で水素を貯蔵する第１の蓄圧部（蓄圧部）３と、後段側で水素を昇圧する第２の昇圧部（他の昇圧部）４と、後段側で水素を貯蔵する第２の蓄圧部６と、水素を充填対象に充填するためのディスペンサ７と、を備えている。なお、本実施形態では、充填対象として水素自動車Ｍを例示する。

水素受容部１は、トレーラＴに積載された複数又は単一の水素容器バンク１１と接続され、当該水素容器バンク１１に貯蔵されている水素を受容する。水素受容部１は、ラインＬ２１を介して第１の蓄圧部３に接続されていると共に、ラインＬ２２を介して第１の昇圧部２に接続されている。第１の昇圧部２は、水素を圧縮する圧縮機によって構成されている。ここでの第１の昇圧部２は、第２の昇圧部４よりも圧縮圧力が低い低圧圧縮機によって構成されている。

第１の昇圧部２を構成する圧縮機は、例えば水素を２０〜４５ＭＰａに圧縮することができ、３００Ｎｍ^３／ｈｒで水素を圧送することができる。第１の昇圧部２は、ラインＬ２を介して第１の蓄圧部３に接続されている。

第１の蓄圧部３は、水素を貯蔵する蓄圧器８によって構成されている。蓄圧器８の最高充填圧力は２０〜４５ＭＰａに設定されている。蓄圧器８は、複数又は単一の容器によって構成されている。なお、図１では、第１の蓄圧部３は、蓄圧器８を備えているが、第１の蓄圧部３に含まれる蓄圧器８の数量は特に限定されない。蓄圧器８の出口側からはラインＬ３１が引き出されており、ラインＬ３１は、第２の昇圧部４の吸込み側へ水素を流通させるラインＬ３に接続されている。

第２の昇圧部４は、水素を圧縮する圧縮機によって構成されている。ここでの第２の昇圧部４は、第１の昇圧部２よりも圧縮圧力が高い高圧圧縮機によって構成されている。第２の昇圧部４を構成する圧縮機は、例えば水素を７０〜９５ＭＰａに圧縮することができ、３００〜１２００Ｎｍ^３／ｈｒの水素を圧送することができる。

第２の蓄圧部６は、水素を貯蔵する複数の蓄圧器９によって構成されている。蓄圧器９の最高充填圧力は７０〜９５ＭＰａに設定されている。蓄圧器９は、複数又は単一の容器によってそれぞれ構成されている。なお、図１では、第２の蓄圧部６は、三つの蓄圧器（バンク（組））９を備えているが、蓄圧器９の数量は特に限定されない。

第２の昇圧部４には、各蓄圧器９へ水素を分配するためのラインＬ５が接続されている。また、ラインＬ５はラインＬ６〜Ｌ８へ分岐しており、これらラインＬ６〜Ｌ８は、各蓄圧器９の入口側にそれぞれ接続されている。また、各蓄圧器９の出口側からはラインＬ１０〜Ｌ１２がそれぞれ引き出されており、これらラインＬ１０〜Ｌ１２はラインＬ１３に接続されている。ラインＬ１３は、ラインＬ１４を介してディスペンサ７に接続される。

なお、図１に示す三つの蓄圧器９のうち、蓄圧器９Ａは高い圧力で水素の充填を行うための蓄圧器（以下、説明のために「高圧バンク９Ａ」と称する）として機能し、蓄圧器９Ｃは高圧バンク９Ａより低い圧力で水素の充填を行うための蓄圧器（以下、「低圧バンク９Ｃ」と称する）として機能し、蓄圧器９Ｂは高圧バンク９Ａと低圧バンク９Ｃとの間の圧力で水素の充填を行うための蓄圧器（以下、「中圧バンク」と称する）として機能する。

ちなみに、図示するように、ラインＬ５とラインＬ１３とを接続するラインＬ９がさらに設けられていてもよい。これにより、第２の昇圧部４から圧送された水素を、ディスペンサ７へ蓄圧器９を介さずに供給できる。また、第１の昇圧部２とラインＬ３とを接続するラインＬ４がさらに設けられていてもよい。これにより、例えば蓄圧器８が満杯（最高充填圧力に達する）の場合に、第１の昇圧部２で昇圧された水素を、ラインＬ４及びラインＬ３を介して直接的に第２の昇圧部４へ供給できる。

以上のような構成により、水素ステーション１００の前段側においては、トレーラＴの水素容器バンク１１から水素受容部１で受容された水素は、差圧によって第１の蓄圧部３の蓄圧器８へ移送されて貯蔵される、又は、第１の昇圧部２で昇圧されて第１の蓄圧部３の蓄圧器８に貯蔵される（詳しくは、後述）。第１の蓄圧部３に貯蔵された水素は、ラインＬ３を介して水素ステーション１００の後段側の第２の昇圧部４へ供給される。

水素ステーション１００の後段側においては、前段側から供給された水素が第２の蓄圧部６の各蓄圧器９に貯蔵される。このとき、高圧バンク９Ａ、中圧バンク９Ｂ及び低圧バンク９Ｃの順で残圧を高く維持しておく必要があるところ、供給された水素は、まず高圧バンク９Ａへ供給された後、中圧バンク９Ｂへ供給され、最後に低圧バンク９Ｃへ供給される。

また、ディスペンサ７により水素自動車Ｍに水素を充填する場合、第２の蓄圧部６のいずれかの蓄圧器９に貯蔵された水素が、ディスペンサ７を介して水素自動車Ｍに充填される。具体的には、低圧バンク９Ｃあるいは中圧バンク９Ｂの水素が水素自動車Ｍに充填された後、仕上げ充填として、高い圧力に維持されている高圧バンク９Ａの水素が水素自動車Ｍに充填される。あるいは、第２の昇圧部４から圧送された水素が、ラインＬ９を通過して、直接的に水素自動車Ｍへ充填されてもよい。

ここで、本実施形態の水素ステーション１００の要部について、図２を参照しつつ具体的に説明する。

図２は、図１の水素ステーション１００の要部を示すシステム構成図である。図２に示すように、水素ステーション１００は、トレーラＴの水素容器バンク１１に水素受容部１を介して接続されたラインＬ２０と、ラインＬ２０の下流側及び蓄圧器８の入口側に接続されたラインＬ２１と、ラインＬ２０の下流側及び第１の昇圧部２の吸込み側に接続されたラインＬ２２と、第１の昇圧部２の吐出側及び蓄圧器８の入口側に接続されたラインＬ２と、を備えている。

ラインＬ２０には、接続弁１２が設けられている。接続弁１２は、ラインＬ２０上の水素の流通を許容又は遮断することにより、水素容器バンク１１との水素流通に係る接続を制御する。接続弁１２としては、例えば電磁弁等の種々の弁（バルブ）を採用することができる（以下の接続弁について同じ）。ラインＬ２１は、ラインＬ２０を流れた水素を蓄圧器８へ流通させるものであり、ラインＬ２１には、接続弁１３が設けられている。接続弁１３は、ラインＬ２１上の水素の流通を許容又は遮断することにより、蓄圧器８との水素流通に係る接続を制御する。

ラインＬ２２は、ラインＬ２０を流れた水素を第１の昇圧部２の吸込み側へ流通させるものであり、ラインＬ２２には、接続弁１４が設けられている。接続弁１４は、ラインＬ２２上の水素の流通を許容又は遮断することにより、第１の昇圧部２の吸込み側との水素流通に係る接続を制御する。ラインＬ２は、第１の昇圧部２で昇圧された水素を蓄圧器８へ流通させるものであり、ラインＬ２には、接続弁１６が設けられている。接続弁１６は、ラインＬ２上の水素の流通を許容又は遮断することにより、第１の昇圧部２の吐出側の水素流通に係る接続を制御する。

また、水素ステーション１００は、蓄圧器８の出口側に接続されたラインＬ３１と、第２の昇圧部４の吸込み側と接続されたラインＬ３と、を備えている。ラインＬ３１には接続弁１５が設けられている。接続弁１５は、ラインＬ３１上の水素の流通を許容又は遮断することにより、蓄圧器８と第２の昇圧部４との水素流通に係る接続を制御する。

さらにまた、水素ステーション１００は、圧力計１８及び制御部１９を備えている。圧力計１８は、水素容器バンク１１内の水素の圧力を検出する圧力検出部である。圧力計１８は、その検出結果を制御部１９へ出力する。なお、圧力計１８としては、特に限定されず、水素容器バンク１１内の圧力を検出できれば様々なものを用いることができる。

制御部１９は、圧力計１８による検出結果に基づいて接続弁１３〜１６の開閉を制御するものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータにより構成されている。

具体的には、制御部１９は、圧力計１８で検出された圧力が閾値αよりも高い場合、接続弁１３を開口させると共に接続弁１４を閉口させることにより、水素容器バンク１１と蓄圧器８との間の差圧により水素を蓄圧器８へ移送させる。一方、制御部１９は、圧力計１８で検出された圧力が閾値α以下の場合、接続弁１４を開口させると共に接続弁１３を閉口させることにより、第１の昇圧部２により水素容器バンク１１の水素を吸引・昇圧して蓄圧器８へ蓄圧させる。

閾値αは、例えば、水素容器バンク１１や蓄圧器８の最高充填圧力、もしくは第２の昇圧部４の最低吸込み圧力等に基づいて、予め設定されて制御部１９に記憶される。閾値αとしては、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａの範囲の何れかの値を採用することができ、ここでは、３５ＭＰａとされている。ちなみに、後述するように、本実施形態の水素ステーション１００は、制御部１９を備えない手動切替え機構の構成を採用することもできる。

次に、上述した水素ステーション１００における水素荷卸し方法を含む動作（制御部１９による動作）の一例について、図２及び図３を参照しつつ説明する。

図３は、図１の水素ステーション１００における水素荷卸し方法を含む動作を示すフローチャートである。図２及び図３に示すように、まず、トレーラＴの水素容器バンク１１との接続弁１２を開とすることにより、水素容器バンク１１内の水素の高圧荷卸しを開始する（Ｓ１）。続いて、水素容器バンク１１内の水素の圧力を圧力計１８で検出し、制御部１９により、当該圧力が閾値αよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２：圧力検出工程）。

水素容器バンク１１内の圧力が閾値αよりも大きい場合（上記Ｓ２においてＹｅｓの場合）、制御部１９により、蓄圧器８との接続弁１３を開とすると共に、第１の昇圧部２との接続弁１４を閉とする（Ｓ３）。これにより、水素容器バンク１１と蓄圧器８との間の差圧でもって、水素容器バンク１１内の水素を蓄圧器８へ移送して蓄圧する（Ｓ４：第１荷卸し工程）。その結果、例えば蓄圧器８内の圧力は、水素容器バンク１１内と均圧に近い状態とされる。続いて、蓄圧器８と水素容器バンク１１との差圧が一定値（５ＭＰａ）未満であるか否かを判定する（Ｓ５）。蓄圧器８と水素容器バンク１１との差圧が一定値未満の場合（上位Ｓ５においてＹＥＳの場合）、後述のＳ１０へ移行する。

蓄圧器８と水素容器バンク１１との差圧が一定値以上の場合（上記Ｓ５においてＮＯの場合）、制御部１９により、第２の昇圧部４の吸込み側との接続弁１５を開とすることにより、第２の昇圧部４の吸込み側へ蓄圧器８内の水素を供給する（Ｓ６）。これにより、蓄圧器８内の水素を第２の昇圧部４で吸引し昇圧させ、当該水素を第２の蓄圧部６の各蓄圧器９へ適宜蓄圧する（Ｓ７）。各蓄圧器９（第２の蓄圧部６）が最高充填圧力となった時点で第２の昇圧部４を停止する（Ｓ８）。そして、蓄圧器８との接続弁１３を開としたまま、トレーラＴの水素容器バンク１１からの水素の荷卸しを継続する（Ｓ９）。又は、上記Ｓ４，上記Ｓ６〜上記Ｓ８の過程で蓄圧器８と水素容器バンク１１との差圧が一定値（５ＭＰａ）未満となった時点で、後述のＳ１０へ移行する。

一方、水素容器バンク１１内の圧力が閾値α以下の場合（上記Ｓ２においてＮｏの場合）、制御部１９により、第１の昇圧部２との接続弁１４，１６を開とすると共に、蓄圧器８との接続弁１３を閉とする（Ｓ１０）。これにより、第１の昇圧部２で水素容器バンク１１内の水素を吸引し昇圧させ、当該水素を蓄圧器８へ蓄圧する（Ｓ１１：第２荷卸し工程）。

続いて、制御部１９により、第２の昇圧部４の吸込み側との接続弁１５を開とすることにより、第２の昇圧部４の吸込み側へ蓄圧器８内の水素を供給する（Ｓ１２）。これにより、蓄圧器８の水素を第２の昇圧部４で吸引し昇圧させ、当該水素を第２の蓄圧部６の各蓄圧器９へ適宜蓄圧する（Ｓ１３）。各蓄圧器９（第２の蓄圧部６）が最高充填圧力となった時点で第２の昇圧部４を停止する（Ｓ１４）。そして、第１の昇圧部２との接続弁１４を開としたまま、蓄圧器８（第１の蓄圧部３）に第１の昇圧部２でもって水素の荷卸しを継続する（Ｓ１５）。

上記Ｓ９及び上記Ｓ１５の後、蓄圧器８の圧力が最高充填圧力に達したと判定されるまで、上記Ｓ２へ再び移行する一方、蓄圧器８の圧力が最高充填圧力に達したと判定された場合には、接続弁１３，１４，１６を閉とし、作業を終了する（Ｓ１６，Ｓ１７）。

以上、本実施形態では、水素容器バンク１１内の圧力が閾値αを越えている場合には、差圧移送でもって水素を蓄圧器８へ移送できる。すなわち、水素容器バンク１１の圧力が閾値αよりも大きいとき、水素容器バンク１１の水素を、第１の昇圧部２をバイパスするラインＬ２１を介して蓄圧器８へ差圧移送し、水素容器バンク１１から蓄圧器８に直接移送することができる。従って、本実施形態によれば、第１の昇圧部２によらずに（第１の昇圧部２を稼働せずに）水素を荷卸しすることができ、運転コストを節減することが可能となる。これと共に、第１の昇圧部２では水素の流速に制限があるところ、この制限流速よりも早い流速で水素を第１の蓄圧部２（蓄圧器８）に移送することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上記実施形態では、制御部１９を設け、この制御部１９により圧力計１８の検出結果に基づき接続弁１３，１４，１６の開閉を制御したが、これに限定されるものではなく、制御部１９は設けられていなくともよい。この場合、例えば作業者が圧力計１８の検出値に基づき接続弁１３，１４，１６の開閉を適宜制御することにより、上記作用効果を実現することができる。要は、本発明は、水素容器バンク１１内の圧力が閾値αよりも高い場合、差圧移送により水素を蓄圧器８へ移送する第１荷卸し工程を実行し、水素容器バンク１１内の圧力が閾値α以下の場合、第１の昇圧部２により水素を吸引する第２荷卸し工程を実行できればよい。

上記実施形態の水素容器バンク１１は、例えば３５ＭＰａよりも大きい内圧の高圧バンクと、例えば３５ＭＰａ以下の内圧の低圧バンクと、を含む構成とされていてもよい。この場合、水素容器バンク１１の高圧バンクから蓄圧器８へ水素を差圧移送した後に、又は差圧移送するのと同時に、水素容器バンク１１の低圧バンクから第１の昇圧部２により水素を蓄圧器８へ蓄圧してもよい。

以上において、ラインＬ２０及びラインＬ２１が第１水素ラインを構成し、ラインＬ２０及びラインＬ２２が第２水素ラインを構成し、接続弁１３が第１の開閉弁を構成し、接続弁１４が第２の開閉弁を構成する。

２…第１の昇圧部（昇圧部）、３…第１の蓄圧部（蓄圧部）、４…第２の昇圧部（他の昇圧部）、１１…水素容器バンク（容器）、１３…接続弁（第１の開閉弁）、１４…接続弁（第２の開閉弁）、１６…接続弁（第１の昇圧部の吐出弁）、１８…圧力計（圧力検出部）、１９…制御部、１００…水素ステーション、Ｌ２…ライン（第１の昇圧部の吐出ライン）、Ｌ２１…ライン（第１水素ライン）、Ｌ２２…ライン（第２水素ライン）、Ｍ…水素自動車（移動体）。

Claims (3)

1. 水素を貯蔵する蓄圧部と、
   水素を昇圧する昇圧部と、を備える水素ステーションに対して、水素を貯蔵する容器を有する移動体から当該水素を荷卸しする水素荷卸し方法であって、
   前記移動体の前記容器内の圧力を検出する圧力検出工程と、
   前記圧力検出工程での検出結果に基づいて、荷卸しを行う荷卸し工程と、を備え、
   前記荷卸し工程では、
   前記圧力検出工程において検出された前記容器内の圧力が閾値よりも高い場合、前記容器と前記蓄圧部との間の差圧により、前記容器内の水素を前記蓄圧部へ移送する第１荷卸し工程を実行し、
   前記圧力検出工程において検出された前記容器内の圧力が前記閾値以下の場合、前記昇圧部により前記容器の水素を吸引する第２荷卸し工程を実行する、水素荷卸し方法。
2. 前記第２荷卸し工程では、前記昇圧部により前記容器内の水素を吸引し、当該水素を前記蓄圧部又は前記昇圧部とは別の他の昇圧部の吸込み側へ供給する、請求項１に記載の水素荷卸し方法。
3. 水素を貯蔵する蓄圧部と、
   水素を昇圧する昇圧部と、
   水素を貯蔵する容器を有する移動体の前記容器内の圧力を検出する圧力検出部と、
   前記容器から前記蓄圧部へ第１の開閉弁を介して水素を流通させる第１水素ラインと、
   前記容器から前記昇圧部の吸込み側へ第２の開閉弁を介して水素を流通させる第２水素ラインと、
   前記圧力検出部による検出結果に基づいて、前記第１及び第２の開閉弁を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記圧力検出部により検出された前記容器内の圧力が閾値よりも高い場合、前記第１の開閉弁を開口させることにより、前記容器と前記蓄圧部との間の差圧で前記容器内の水素を前記蓄圧部へ移送させ、
   前記圧力検出部により検出された前記容器内の圧力が前記閾値以下の場合、前記第２の開閉弁を開口させることにより、前記昇圧部で前記容器内の水素を吸引させる、水素ステーション。

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