(57)【要約】【課題】水素流路において異常が発生した場合に、水素流路の全域における水素の供給停止を抑制する。【解決手段】水素供給システムは、環状に配置され、水素を流通させる水素流路と、水素流路と連通し、水素流路に設けられた複数の分岐点から分岐する複数の分岐流路と、水素流路において、互いに隣り合う２つの分岐点の間に配置され、水素の異常を検出する水素異常検出装置と、水素流路において分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であって、それぞれ独立して水素流路を遮断可能に構成された遮断部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素供給システムであって、
環状に配置され、水素を流通させる水素流路と、
前記水素流路と連通し、前記水素流路に設けられた複数の分岐点から分岐する複数の分岐流路と、
前記水素流路において、互いに隣り合う２つの前記分岐点の間に配置され、前記水素の異常を検出する水素異常検出装置と、
前記水素流路において前記分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であって、それぞれ独立して前記水素流路を遮断可能に構成された遮断部と、
を備える、水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池等の発電に用いられる燃料や、工業用原料として、水素の需要が高まっている。水素製造装置等で製造された水素は、燃料電池車両等の水素消費装置へと供給される。特許文献１では、水素供給用の配管ネットワークに、水素製造装置や水素消費装置等がそれぞれ分岐管を介して連通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７２１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
配管ネットワークを流通する水素には、水素製造装置の不具合等に起因して、不純物が含まれるおそれがある。このような場合、特許文献１に記載の技術では、配管ネットワークの全域において水素供給を遮断する必要があり、水素の供給が停止するという問題があった。このような問題は、不純物が含まれた場合に限らず、水素濃度が低下した場合等、水素供給システムを構成する流路において任意の異常が発生した場合に共通する問題であった。このため、水素供給システムを構成する流路において異常が発生した場合に、水素供給システムにおける水素の流路の全域における水素の供給停止を抑制できる技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、水素供給システムが提供される。この水素供給システムは、環状に配置され、水素を流通させる水素流路と；前記水素流路と連通し、前記水素流路に設けられた複数の分岐点から分岐する複数の分岐流路と；前記水素流路において、互いに隣り合う２つの前記分岐点の間に配置され、前記水素の異常を検出する水素異常検出装置と；前記水素流路において前記分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であって、それぞれ独立して前記水素流路を遮断可能に構成された遮断部と；を備える。この形態の水素供給システムによれば、複数の分岐流路が分岐する環状の水素流路において、互いに隣り合う２つの分岐点の間に配置された水素異常検出装置と、分岐点を挟んで配置された複数の遮断部であってそれぞれ独立して水素流路を遮断可能に構成された遮断部とを備えるので、水素異常検出装置により異常が検出された場合に、異常を検出した水素異常検出装置の近傍の一部の遮断部のみに水素流路の遮断を実行させることができる。このため、水素流路のうち遮断を実行していない遮断部を含む流路部分において、水素の流通を継続できる。したがって、水素供給システムを構成する流路としての水素流路において異常が発生した場合に、水素供給システムにおける水素の流路の全域における水素の供給停止を抑制できる。
本発明は、水素供給システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、水素供給方法、水素供給システムを備える水素ステーション等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】水素供給システムの概要を模式的に示す模式図である。
【図２】異常が検出された状況の一例を説明する説明図である。
【図３】第２実施形態の水素供給システムの概要を模式的に示す模式図である。
【図４】第３実施形態の水素供給システムの概要を模式的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての水素供給システムの概要を模式的に示す模式図である。水素供給システム１０は、水素供給装置６１、６２から供給される水素を、水素消費装置７０へと流通させるネットワークとして構成されている。水素供給システム１０は、水素供給システム１０における水素の流路としての水素流路２０および分岐流路３０と、水素異常検出装置４０と、遮断部５０と、制御装置８０とを備える。
【０００９】
水素流路２０は、環状に配置されたパイプで構成され、水素を流通させる。水素流路２０には、複数の分岐点２５が設けられている。分岐流路３０は、複数設けられており、分岐点２５からそれぞれ分岐している。各分岐流路３０は、パイプで構成され、水素流路２０と連通するとともに、水素供給装置６１、６２または水素消費装置７０と連通している。水素供給装置６１、６２には、水素を製造する水素製造装置と、製造された水素を貯蔵する水素貯蔵装置とが該当する。なお、水素供給装置６１、６２は、互いに同じ構成であってもよく、互いに異なる構成であってもよい。水素消費装置７０には、工場や家庭に配置される燃料電池等の装置が該当する。水素消費装置７０には、水素ステーション等に配置されて燃料電池車両等に水素を充填する水素充填装置が含まれていてもよい。
【００１０】
図１では、図示の便宜上、水素流路２０から分岐する６つの分岐流路３０を代表して示しているが、分岐流路３０の数は、６つに限らず任意の数であってもよい。また、図１では、図示の便宜上、各分岐流路３０に連通する２つの水素供給装置６１、６２と４つの水素消費装置７０とを示しているが、これらの数は、それぞれ２つや４つに限らず任意の数であってもよい。また、分岐流路３０からさらに流路が分岐していてもよく、かかる分岐先に、他の水素供給装置６１、６２および水素消費装置７０が接続されていてもよい。
【００１１】
水素異常検出装置４０は、水素流路２０上に複数配置され、水素流路２０を流通する水素の異常を検出する。水素の異常としては、水素製造装置で水素を製造する際における空気、微粒子および水分等の不純物の混入や、水素製造装置の精製ユニットの不具合による水素の純度低下、水素流路２０上に配置されて微粒子等を除去する図示しないフィルターの詰まり、水素流路２０を構成するパイプの亀裂等に起因する水素の漏洩等が該当する。本実施形態では、互いに隣り合う２つの分岐点２５の間に、それぞれ１つの水素異常検出装置４０が配置されている。本実施形態において、水素異常検出装置４０は、水素濃度センサで構成されている。なお、水素濃度センサに代えて圧力センサ等の、水素の異常を検出可能な任意のセンサにより構成されていてもよい。水素異常検出装置４０は、センサの検出結果を示す出力信号を、制御装置８０に送信する。
【００１２】
遮断部５０は、水素流路２０上に複数配置され、それぞれ独立して水素流路２０を遮断可能に構成されている。本実施形態では、各分岐点２５と各水素異常検出装置４０との間に、それぞれ１つの遮断部５０が配置されている。このため、各分岐点２５を挟んで複数の遮断部５０が配置されている。本実施形態において、遮断部５０は、電磁式のシャットオフバルブにより構成されているが、電磁式に代えて電動式等、水素流路２０を遮断可能な任意の種類の遮断装置により構成されていてもよい。遮断部５０は、水素の異常が検出されていない通常状態において開かれており、制御装置８０からの閉指令に応じて閉じられる。
【００１３】
制御装置８０は、ＣＰＵと記憶装置とを備えるコンピュータであり、電子制御ユニットとして構成されている。制御装置８０は、各水素異常検出装置４０からの出力信号を受信するとともに、遮断部５０に閉指令の信号を送信する。これにより、制御装置８０は、水素流路２０の遮断を制御する。なお、制御装置８０は、水素供給装置６１、６２および水素消費装置７０と、それぞれ互いに通信できる構成であってもよい。また、制御装置８０は、水素供給装置６１、６２としての水素製造装置における水素製造量の制御や、水素貯蔵装置における水素貯蔵量の制御等、水素供給システム１０における水素の供給に関連する任意の制御を実行可能に構成されていてもよい。
【００１４】
図２は、異常が検出された状況の一例を説明する説明図である。図２に示す状況では、複数の水素異常検出装置４０のうち、『異常検出』と記載された、互いに隣り合う２つの水素異常検出装置４０において異常が検出されている。異常が検出された水素異常検出装置４０は、水素の異常を示す信号を制御装置８０に送信する。制御装置８０は、水素の異常を示す信号を受信すると、かかる異常を示す信号が送信された水素異常検出装置４０を挟んで隣り合う２つの遮断部５０に対して、閉指令を示す信号を送信する。図２の例では、『閉』と記載された４つの遮断部５０に対して閉指令を示す信号が送信され、かかる遮断部５０が閉じられる。したがって、環状に配置された水素流路２０のうち４つの遮断部５０を含む領域における水素の流通が遮断されるとともに、かかる領域に含まれる分岐点２５から分岐する分岐流路３０における水素の流通が遮断される。また、環状に配置された水素流路２０のうち、かかる４つの遮断部５０の間を除く領域と、そこから分岐する全ての分岐流路３０とにおいて、水素の流通が継続される。すなわち、図２において水素供給装置６１に連通する分岐流路３０と、かかる分岐流路３０に隣接する水素流路２０の一部とにおける水素の流通は、水素供給システム１０のネットワークにおいて遮断されることとなるのに対し、水素流路２０のうち遮断を実行していない遮断部５０を含む流路部分において、水素の流通が継続される。図２に示す状況において、水素供給装置６１は、例えば水素製造時に不純物が混入する等の不具合が発生することにより、異常の発生源となっている可能性がある。制御装置８０と水素供給装置６１とが通信可能な構成において、制御装置８０は、水素供給装置６１の点検を実施させる旨の指示を水素供給装置６１に送信してもよい。
【００１５】
以上説明した本実施形態の水素供給システム１０によれば、複数の分岐流路３０が分岐する環状の水素流路２０において、互いに隣り合う２つの分岐点２５の間に配置された水素異常検出装置４０と、分岐点２５を挟んで配置された複数の遮断部５０であってそれぞれ独立して水素流路２０を遮断可能に構成された遮断部５０とを備えるので、水素異常検出装置４０により異常が検出された場合に、異常を検出した水素異常検出装置４０の近傍の一部の遮断部５０のみに水素流路２０の遮断を実行させることができる。このため、水素流路２０のうち遮断を実行していない遮断部５０を含む流路部分において、水素の流通を継続できる。したがって、水素供給システム１０を構成する流路としての水素流路２０において異常が発生した場合に、水素供給システム１０における水素の流路の全域における水素の供給停止を抑制できる。このため、水素の供給が完全に停止して水素を利用できなくなることを抑制でき、利用者の利便性の低下を抑制できる。また、異常が発生している流路における水素の流通を遮断するので、異常の発生範囲が拡大することを抑制できる。
【００１６】
また、分岐点２５を挟んで複数の遮断部５０が配置されているので、異常の発生源となる可能性のある水素供給装置６１、６２と連通する分岐流路３０を含む流路を遮断できる。このため、水素供給を停止する領域を限定して、異常の発生範囲が拡大することをより抑制できる。また、各分岐点２５と各水素異常検出装置４０との間に、それぞれ１つの遮断部５０が配置されているので、異常が検出された範囲のみにおいて水素流路２０を遮断できる。このため、水素の流通を遮断する領域を限定でき、異常が検出されていない箇所において水素の流通が遮断されることを抑制でき、過度に広い範囲で水素の流通が遮断されることを抑制できる。
【００１７】
また、水素流路２０上の１つの水素異常検出装置４０において水素の異常が検出された状況においては、かかる水素異常検出装置４０の両側に配置された遮断部５０を閉じることにより、異常が検出された範囲のみにおいて水素流路２０を遮断できる。このため、水素の流通を遮断する領域を限定でき、分岐流路３０における水素の流通が遮断されることを抑制できる。
【００１８】
また、複数の水素異常検出装置４０と複数の遮断部５０とが配置されているので、水素流路２０における水素の漏洩検査の際に、検査箇所の両側に位置する遮断部５０を閉じることによって、検査を実施する比較的狭い領域において水素流路２０を遮断でき、検査を実施しない領域における水素の流通を継続できる。また、水素流路２０上に配置されて微粒子等を除去するフィルターや、水素流路２０を構成するパイプの一部を交換する際に、フィルターやパイプの両側に位置する遮断部５０を閉じることによって、交換を実施する比較的狭い領域において水素流路２０を遮断でき、交換を実施しない領域における水素の流通を継続できる。したがって、水素流路２０の検査や保守を実施する場合においても、水素供給システム１０を構成する流路の全域における水素の供給停止を抑制できる。
【００１９】
Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態の水素供給システム１０ａの概要を模式的に示す模式図である。第２実施形態の水素供給システム１０ａは、水素流路２０において、互いに隣り合う２つの分岐点２５の間に、それぞれ遮断部５０が１つずつ配置されている点において、第１実施形態の水素供給システム１０と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
【００２０】
図３に示す状況では、複数の水素異常検出装置４０のうち、『異常検出』と記載された１つの水素異常検出装置４０において異常が検出されている。異常が検出された水素異常検出装置４０は、水素の異常を示す信号を制御装置８０に送信する。制御装置８０は、水素の異常を示す信号を受信すると、かかる異常を示す信号が送信された水素異常検出装置４０を挟んで互いに隣り合う遮断部５０に対して、閉指令を示す信号を送信する。図３の例では、『閉』と記載された２つの遮断部５０に対して閉指令を示す信号が送信され、かかる遮断部５０が閉じられる。したがって、環状に配置された水素流路２０のうち２つの遮断部５０を含む領域における水素の流通が遮断されるとともに、かかる領域に含まれる分岐点２５から分岐する分岐流路３０における水素の流通が遮断される。また、環状に配置された水素流路２０のうち、かかる２つの遮断部５０の間を除く領域と、そこから分岐する全ての分岐流路３０とにおいて、水素の流通が継続される。すなわち、図３において水素供給装置６１に連通する分岐流路３０と、かかる分岐流路３０に隣接する水素流路２０の一部とにおける水素の流通は、水素供給システム１０のネットワークにおいて遮断されることとなるのに対し、遮断を実行していない遮断部５０を含む流路部分において、水素の流通が継続される。
【００２１】
以上説明した第２実施形態の水素供給システム１０ａによれば、第１実施形態の水素供給システム１０と同様な効果を奏する。加えて、互いに隣り合う２つの分岐点２５の間に、それぞれ遮断部５０が１つずつ配置されているので、遮断部５０の設置数を抑制できる。
【００２２】
Ｃ．第３実施形態：
図４は、第３実施形態の水素供給システム１０ｂの概要を模式的に示す模式図である。第３実施形態の水素供給システム１０ｂは、環状の水素流路２０を囲むようにして、環状の水素流路２１ｂがさらに配置されている点において、第１実施形態の水素供給システム１０と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
【００２３】
図４に示すように、水素供給システム１０ｂは、２つの環状の水素流路２０、２１ｂによって、二重の環状のネットワークを備えている。複数の分岐流路３０ｂは、水素流路２０と水素流路２１ｂとを連通させている。このため、各分岐流路３０ｂの、分岐点２５とは反対側の端部は、水素流路２１ｂから水素流路２０側に分岐する分岐点２２ｂに位置している。また、水素流路２１ｂには、分岐点２２ｂとは異なる複数の分岐点２３ｂが設けられており、複数の分岐点２２ｂからは、分岐流路３１ｂがそれぞれ分岐している。各分岐流路３１ｂは、水素流路２１ｂと連通するとともに、水素供給装置６１、６２または水素消費装置７０と連通している。本実施形態において、水素流路２１ｂには、互いに隣り合う２つの分岐点２３ｂの間にそれぞれ１つの水素異常検出装置４０が配置され、分岐点２２ｂと分岐点２３ｂとの間にそれぞれ１つの遮断部５０が配置されている。
【００２４】
以上説明した第３実施形態の水素供給システム１０ｂによれば、第１実施形態の水素供給システム１０と同様な効果を奏する。加えて、２つの環状の水素流路２０、２１ｂによる二重の環状のネットワークを備えるので、異常を検出した水素異常検出装置４０の近傍の一部の遮断部５０のみに水素流路２０または水素流路２１ｂの遮断を実行させることができる。このため、遮断を実行していない遮断部５０を含む流路部分において、水素の流通を継続できる。したがって、水素供給システム１０を構成する流路の全域における水素の供給停止をより抑制できる。また、２つの環状の水素流路２０、２１ｂによる二重の環状のネットワークを備えるので、水素流路２０、２１ｂを、例えば、低圧水素用と高圧水素用等、流通させる水素の種類に応じて使い分けることができる。
【００２５】
Ｄ．他の実施形態：
（１）上記実施形態の水素供給システム１０、１０ａ、１０ｂにおいて、各分岐流路３０、３１ｂは、水素供給装置６１、６２と水素消費装置７０とのうちのいずれか一方と接続されていたが、水素供給装置６１、６２と水素消費装置７０との両方と接続された態様であってもよい。かかる態様によれば、例えば、水素供給装置６１、６２から供給される水素を、同じ分岐流路３０、３１ｂに接続された水素消費装置７０に供給できるとともに、分岐流路３０、３１ｂおよび水素流路２０、２１ｂを介して他の分岐流路３０、３１ｂに接続された水素消費装置７０に供給できる。かかる構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００２６】
（２）上記実施形態の水素供給システム１０、１０ａ、１０ｂにおける、水素異常検出装置４０および遮断部５０の配置位置は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、分岐点２２ｂ、２３ｂ、２５上にさらに水素異常検出装置４０が配置されていてもよい。また、例えば、分岐流路３０、３１ｂ上にさらに水素異常検出装置４０が配置されていてもよい。また、例えば、分岐流路３０、３１ｂ上にさらに遮断部５０が配置されていてもよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００２７】
（３）上記実施形態の水素供給システム１０、１０ａ、１０ｂに配置された遮断部５０は、電磁式のシャットオフバルブにより構成されて制御装置８０からの閉指令に応じて閉じられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、手動式のシャットオフバルブにより構成されるとともに制御装置８０が省略されて、作業者による手動操作により遮断部５０が閉じられる構成であってもよい。かかる構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００２８】
（４）第３実施形態の水素供給システム１０ｂは、二重の環状のネットワークを備えていたが、二重に限らず三重等、任意の数の環状のネットワークを備えていてもよい。かかる構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００２９】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０、１０ａ、１０ｂ…水素供給システム、２０、２１ｂ…水素流路、２２ｂ、２３ｂ、２５…分岐点、３０、３０ｂ、３１ｂ…分岐流路、４０…水素異常検出装置、５０…遮断部、６１、６２…水素供給装置、７０…水素消費装置、８０…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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