(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車に水素を補給するためのオフサイト型水素ステーションであって、
ステーション外部より水素ガスをステーションへ供給するための一の充填口と水素ガスが充填される時のみ開弁される充填遮断バルブとを有する充填管路と、
燃料電池車に水素を補給する水素補給手段と、
ステーション内に設置され且つ窒素リッチガスを排気する燃料電池と、
該燃料電池車に供給管路を介して水素を供給する第一水素ガスタンクと、
該燃料電池に供給管路を介して水素を供給する第二水素ガスタンクと、
該第一水素ガスタンクと該第二水素ガスタンクとを連通する連通管路と、
該充填管路と該連通管路とが同じ管路である重複箇所と、
平時は閉弁状態であり該充填遮断バルブの後段における該重複箇所に配設される解放バルブと、が具備され、
該解放バルブは、前記第一水素ガスタンクもしくは前記第二水素ガスタンクへ水素が充填されている状態及びいずれか一方の残圧が所定圧より少なくなった状態の時に開弁されることを特徴とするオフサイト型水素ステーション。
【請求項２】
前記燃料電池が発する電力は、水素ステーション内部のバックアップ用電源とされていることを特徴とする請求項１にかかるオフサイト型水素ステーション。
【請求項３】
前記燃料電池は、水素ステーション外部へと送電可能であることを特徴とする請求項１または請求項２にかかるオフサイト型水素ステーション。
【請求項４】
前記水素ガスタンクが隔絶された区画に配置されるとともに、該区画が前記窒素リッチガスによってパージされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載のオフサイト型水素ステーション。
【請求項５】
前記充填管路、前記連通管路並びに前記供給管路が外側管路と内側管路から成る二重管路となっており、
前記内側管路には水素ガスが供給されるとともに、前記外側管路と内側管路との空隙には前記窒素リッチガスがパージされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のオフサイト型水素ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ステーションに関し、より詳しくは、オフサイト型水素ステーションに付設される電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力で走行する自動車は、ＣＯ２排出の問題が存する。前記問題を解決するため、電動機の出力で走行する自動車が提案されている。電動機の出力で走行する自動車としては、燃料電池の電力によって電動機を出力させる燃料電池車が存している。
【０００３】
燃料電池車は、自ら燃料電池で消費される水素を発生させる手段を搭載していない。これは、燃料電池車で消費される量を供給可能な水素発生装置が比較的大型であることに起因する。そのため、前記燃料電池車が必要とする水素を供給するための設備が要されている。前記設備としては、水素ステーションが代表的に挙げられる。
【０００４】
水素ステーションの態様としては、自らは水素ガスの製造手段及び昇圧手段を有さないオフサイト型と、それらを有するオンサイト型に大別される。
【０００５】
水素ステーションで燃料電池車に補給される水素は、極めて爆発性の高いガスである。したがって、それらを取り扱う設備や施設は防爆性が高いものでなければならない。
また、水素ステーションは、危険性の高い設備であるので、設備を制御もしくは監視するための装置に供給される電力は、商用電源だけではなく、バックアップ電源も提供されていることが望ましい。
【０００６】
水素ステーションにおける先行技術としては、特許文献１にかかる技術提案が公知である。
しかしながら、特許文献１かかる技術提案においては、後述の第一及び第二の課題を有している。
【０００７】
すなわち、前記第一の課題として、水素ステーションにバックアップ電源が必要であると言う発想が存していない。したがって、商用電源停止時におけるステーションの制御手段も停止してしまう可能性が存している。
【０００８】
前記第二の課題として、水素の貯蔵設備などに対する防爆性の担保方法が存していないという点が挙げられる。したがって、水素ガスが漏出するなどした場合の誘爆の危険性が存していた。
【０００９】
つまり、前記第一及び第二の課題は、システムの安全稼動もしくは安全停止への担保性が提供されていないということに尽きるものである。
【００１０】
本出願人は、前記第一及び第二の課題に鑑みて、水素ステーションにおける機能性向上を図るべく、本発明における「水素ステーション」の提案に至るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３１６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記技術背景に鑑み、機能性の向上が図られたオフサイト型水素ステーションを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、燃料電池車に水素を補給するためのオフサイト型水素ステーションであって、１以上の水素ガスタンクと、該水素ガスタンクより水素の供給を受け燃料電池車に水素ガスを補給するための水素補給手段と、該水素ガスタンクより水素の供給を受け電力を発する燃料電池と、が具備されている構成を採用する。
【００１４】
前記燃料電池が発する電力は、変電手段を介して、水素ステーション内部のバックアップ用電源とされている構成が好ましい。
【００１５】
前記燃料電池が発する電力は、変電手段を介して、水素ステーション外部へと送電可能である構成が好ましい。
【００１６】
また本発明は、前記水素ガスタンクより前記水素補給手段もしくは前記燃料電池に向けて水素を供給する供給管路が具備され、前記水素ガスタンクは、前記水素補給手段を介して燃料電池車に水素ガスを供給するための第一水素ガスタンクと、前記燃料電池に水素ガスを供給するための第二水素ガスタンクと、から成る構成を採用する。
【００１７】
また本発明は、前記第一水素ガスタンクと前記第二水素ガスタンクとを連通する連通管路と、該連通管路の所定中間箇所に配設され、且つ平時は閉弁状態である解放バルブと、が具備され、前記解放バルブは、前記第一水素ガスタンクもしくは前記第二水素ガスタンクへ水素が充填されている状態及びいずれか一方の残圧が所定圧より少なくなった状態の時に開弁される構成を採用する。
【００１８】
また本発明は、前記第一水素ガスタンクと前記第二水素ガスタンクとに水素ガスを充填するための充填管路が各々具備されるとともに、各々の充填管路は互いに連通し且つ水素ガスが充填される充填口が同じである構成を採用する。
【００１９】
また本発明は、前記連通管路と前記充填管路とが同じ管路である重複箇所を有する構成を採用する。
【００２０】
前記水素ガスタンクが隔絶された区画に配置されるとともに、該区画が燃料電池の排気する窒素リッチガスによってパージされている構成が好ましい。
【００２１】
前記充填管路、前記連通管路並びに前記供給管路が外側管路と内側管路から成る二重管路となっており、前記内側管路には水素ガスが供給されるとともに、前記外側管路と内側管路との空隙には前記燃料電池が排気する窒素リッチガスがパージされている構成が好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以下記載の第一乃至第七の効果を奏する。
【００２３】
本発明の第一の効果としては、燃料電池が具備され、該燃料電池の発する電力が水素ステーションのバックアップ用電源とされているので、ステーションの制御手段や安全機構の機能停止を防止でき得る、ということが挙げられる。
【００２４】
本発明の第二の効果としては、燃料電池の発する電力が外部送電可能であるので、バックアップ用電源以外でも電源を有効利用可能である、ということが挙げられる。
【００２５】
本発明の第三の効果としては、水素ガスタンクが水素自動車への水素補給源である第一水素ガスタンクと、燃料電池への水素供給源である第二水素ガスタンク用とに分かれており且つ平時においてこれらは連通していないので、相互のタンクの脈圧、とりわけ第一水素ガスタンクから第二水素ガスタンクへの脈圧の波及を防止でき得る、ということが挙げられる。
【００２６】
本発明の第四の効果としては、第一水素ガスタンクと第二水素ガスタンクとが同じ充填口から水素充填が為されるため、何度も充填する手間がかからない、ということが挙げられる。
【００２７】
本発明の第五の効果としては、連通管路と充填管路とが同じ管路である重複箇所を有するので、その分の施工利便及び部材節減を実現可能である、ということが挙げられる。
【００２８】
本発明の第六の効果としては、第一水素ガスタンクや第二水素ガスタンクが設置される区画は隔絶され、該区画には燃料電池が排気する大気より前記燃料電池が消費する分の酸素濃度が低下した窒素リッチガスでパージされるので、タンクの防爆性を向上可能である、ということが挙げられる。
【００２９】
本発明の第七の効果としては、充填管路、連通管路並びに供給管路を構成する外側管路と内側管路との空隙に燃料電池が排気する窒素リッチガスがパージされているので、管路の防爆性を向上可能である、ということが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明にかかるオフサイト型水素ステーションの実施形態を示すシステム構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明にかかるオフサイト型水素ステーションは、１以上の水素ガスタンクと、該水素ガスタンクより水素の供給を受け燃料電池車に水素ガスを補給するための水素補給手段と、該水素ガスタンクより水素の供給を受け電力を発する燃料電池と、が具備されている構成を最大の特徴とする。
以下、本発明にかかるオフサイト型水素ステーションの実施形態、すなわち、システム構成と動作とを、図面に基づいて説明する。
なお、水素充填車２０、水素補給手段３０、燃料電池車４０、並びに燃料電池５０は、既に公知のものであるので、説明の詳細については省略する。
【００３２】
さらに、本発明にかかるオフサイト型水素ステーションは、以下に述べる実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる機器や前記機器の素材もしくは形状などに関して適宜変更することができる。
【００３３】
図１は、本発明にかかるオフサイト型水素ステーションの実施形態を示すシステム構成概略図である。
本発明にかかるオフサイト型水素ステーション１は、主要な構成として、１以上の水素ガスタンクと、該水素ガスタンク１０より水素の供給を受け燃料電池車４０に水素ガス２１を補給するための水素補給手段３０と、該水素ガスタンク１０より水素の供給を受け電力を発する燃料電池５０とで構成されている。
【００３４】
オフサイト型水素ステーション１は、燃料電池車４０に水素ガス２１を補給するための補給所である。燃料電池車４０に補給される水素２１は、水素ガスタンク１０内部に充填され、水素ガス２１の計量を行う水素ガス補給手段３０を介して燃料電池車４０へと送気・充填される。
【００３５】
水素ガスタンク１０は、水素ガス２１を貯蔵し、水素補給手段３０及び燃料電池５０へ該水素ガス２１を送気する目的で備えられる。
【００３６】
水素ガスタンク１０は、第一水素ガスタンク１１及び第二水素ガスタンク１２が配設される態様を採る。これは、燃料電池５０を後から設置する場合の施工的な利便性や、脈圧の相互の波及防止のためである。
水素ガスタンク１０や周囲の配管（１３乃至１５）は、およそ７０ＭＰａの超高圧に耐える必要があり、設置の後に加工するとそれらの耐圧が下がってしまう恐れがある。
また、燃料電池車４０に水素ガス２１が送気されている状態は、送気開始や送気停止などで急激な圧力変動（アンダーシュート・オーバーシュート）が起りやすい。その際、燃料電池５０の出力する電力（電圧）が変化してしまうことが多い。その意味で、第一水素ガスタンク１１の脈圧が燃料電池５０へ伝達されるのを防止するために、第一水素ガスタンク１１と第二水素ガスタンク１２とに分けられるという態様が好適となる。
【００３７】
第一水素ガスタンク１１より水素補給手段３０、第二水素ガスタンク１２より燃料電池５０への水素ガス２１の供給は、それぞれ別系統の供給管路１３によって行われる。
【００３８】
第一水素ガスタンク１１と第二水素ガスタンク１２とは、連通管路１５によって連通される。また、連通管路１５の所定中間箇所には、解放バルブ１６が備えられている。
解放バルブ１６は、平時は閉弁されていて、第一水素ガスタンク１１もしくは第二水素ガスタンク１２のどちらかの圧力が所定圧を下回った場合に解放・開弁される。その場合、解放バルブ１６が解放・開弁されると、圧力が高い側のタンクより低い側のタンクへ、両者の圧が均衡するまで水素ガス２１が供給される。つまり、圧力が低い側のタンクへ圧力が高い側のタンクから水素ガス２１を供給することで、圧力が低い側の水素ガス２１の残存量を増やすのである。これは、使用量（需要量）の多い側への便宜を図る目的である。
なお、解放バルブ１６の開閉圧はチャタリング様の動作を防止するため、開弁圧と閉弁圧とに所定差をつけることが望ましい。この場合、開弁圧が閉弁圧より低圧とすればよい。
【００３９】
第一水素ガスタンク１１と第二水素ガスタンク１２には、充填口１９及び充填管路１４を介して水素充填車２０から水素ガス２１の充填が行われる。充填管路１４の所定中間箇所には逆止弁１８と充填遮断バルブ１７が配設される。充填遮断バルブ１７は、水素ガス２１が水素タンク１０に充填されている時のみ開弁されればよく、逆止弁１８はそのバックアップである。
【００４０】
充填管路１４と連通管路１５とは、同じ管路である重複箇所を有する態様となっている。これは、施工のし易さと部材節減とによる。
その場合、解放バルブ１６は第一水素ガスタンク１１もしくは第二水素ガスタンク１２側に、逆止弁１８と充填遮断バルブ１７とは、充填口側にそれぞれ配設される必要が存する。
【００４１】
水素補給手段３０は、第一水素ガスタンク１１より供給管路１３を介して供給される水素ガス２１を、燃料電池車４０へ補給・充填する。
【００４２】
燃料電池５０は、酸素５２と水素ガス２１とを水５３とする反応によって電力５１を発生させる。
前記反応により、窒素リッチガス５４と水５３とが排気・排水される。
前記酸素については、大気中に含まれるものであり、すなわち、前記反応に供される酸素が除かれたその余が窒素リッチガス５４である。
多くの場合、窒素リッチガス５４の窒素濃度は略９０％である。残り略９％が酸素、略１％がその他のガスである。
なお、通常、大気の窒素濃度は略８０%程度である。
【００４３】
燃料電池５０の発する電力は、外部送電が可能であり、且つ、水素ステーション内の電力を要する機器のバックアップ用電源として使用可能である。
このとき、平時には外部送電を行い、商用電源の喪失時に水素ステーションの電力を要する機器のバックアップ用電源とする動作態様が望ましい。
また、燃料電池５０の発する電力は、直流であるので、ＤＣ−ＡＣ変換を行うためのインバーターや、周波数変換手段（周波数変換装置）、電圧変換手段（トランス・キュービクル）などを介して出力される構成も想定される。
【００４４】
ここで、水素ステーション１の防爆をより担保するための手段として、第一手段と第二手段が想定される。
【００４５】
前記第一手段として、第一水素ガスタンク１１や第二水素ガスタンク１２は、遮蔽され隔絶されている区画に配置される構成が想定される。
さらに、その区画内部には、燃料電池５０が排出する窒素リッチガス５４がパージされる構成が想定される。
遮蔽され隔絶されている区画であることと、窒素リッチガス５４は前述の通り、酸素濃度が低いので、水素ガス２１がタンクより漏出した場合であっても、何らかの要因によって爆発しにくくなる。
【００４６】
前記第二の手段として、充填管路１４、連通管路１５並びに供給管路１３を外側管路６２と内側管路６１とから成る二重管路６０として、内側管路６１には水素ガス２１が供給され且つ外側管路６２と内側管路６１との空隙には燃料電池が排気する窒素リッチガス５４がパージされている構成が想定される。
これは、前段落と同じ理由であるので、「タンク」を「内側管路６１」、「遮蔽され隔絶されている区画」を「空隙」と、それぞれ読み替えればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかるオフサイト型水素ステーションは、以上の構成及び動作態様を有することで、「発明の効果」記載の通り、水素ステーションとして多くの効果を奏するものである。
したがって、産業上の利用可能性は大であると思料する。
【符号の説明】
【００４８】
１    オフサイト型水素ステーション
１０    水素ガスタンク
１１    第一水素ガスタンク
１２    第二水素ガスタンク
１３    供給管路
１４    充填管路
１５    連通管路
１６    解放バルブ
１７    充填遮断バルブ
１８    逆止弁
１９    充填口
２０    水素充填車
３０    水素補給手段
４０    燃料電池車
５０    燃料電池
５１    電力
５２    酸素（大気）
５３    水
５４    窒素リッチガス
６０    二重管
６１    内側管
６２    外側管
【要約】
【課題】  オフサイト型水素ステーションの機能性向上を図る。
【解決手段】  燃料電池車４０に水素を補給するためのオフサイト型水素ステーション１であって、１以上の水素ガスタンク１０と、該水素ガスタンク１０より水素の供給を受け燃料電池車４０に水素ガス２１を補給するための水素補給手段３０と、該水素ガスタンク１０より水素の供給を受け電力を発する燃料電池５０と、が具備されている構成を採用する。
【選択図】図1【図１】
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