(57)【要約】【課題】水素製造プラント等で製造された水素は、燃料電池車等の水素消費装置へと供給されるために水素ステーション等へと輸送される。このような水素の輸送に要するコストおよび輸送エネルギーを抑えつつ、水素を速やかに輸送する。【解決手段】水素輸送方法は、自身の内部に水素ガスが充填された状態において空中に浮遊可能な容器、を用意する工程と、容器に水素ガスを充填する工程と、水素ガスが充填された容器を空中で移動させる工程と、を備える。【選択図】図３
2019203588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素輸送方法であって、
自身の内部に水素ガスが充填された状態において空中に浮遊可能な容器、を用意する工程と、
前記容器に前記水素ガスを充填する工程と、
前記水素ガスが充填された前記容器を、前記空中で移動させる工程と、
を備える、水素輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素輸送方法に関する。
【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。水素製造プラント等で製造された水素は、燃料電池車等の水素消費装置へと供給されるために、例えば水素ステーションへと輸送される。特許文献１では、海洋の水素製造プラントで製造された水素を液化水素としてタンクに充填し、タンクが載置された台車をＲｏＲｏ（Roll on Roll off）船で海上輸送し、タンクが載置された台車を牽引車で水素ステーションへと輸送している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の水素輸送方法では、液化水素の形態で水素を輸送するため、−２５３℃以下、且つ、高圧力の状態を維持して輸送する必要があり、輸送コストが増大するという問題がある。また、ＲｏＲｏ船や牽引車を用いて輸送するため、輸送エネルギーが大きい。また、陸上輸送においては、交通渋滞や交通事故等、不測の事態が懸念される。このため、輸送コストおよび輸送エネルギーを抑えつつ、水素を速やかに輸送可能な技術が望まれている。
【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、水素輸送方法が提供される。この水素輸送方法は；自身の内部に水素ガスが充填された状態において空中に浮遊可能な容器、を用意する工程と；前記容器に前記水素ガスを充填する工程と；前記水素ガスが充填された前記容器を、前記空中で移動させる工程と；を備える。この形態の水素輸送方法によれば、自身の内部に水素ガスが充填された状態において空中に浮遊可能な容器に水素ガスを充填して空中で移動させるので、陸上および海上における輸送を省略でき、輸送コストおよび輸送エネルギーを抑えつつ、水素を速やかに輸送することができる。
本発明は、水素輸送方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、水素輸送システム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】水素輸送方法で用いられる水素輸送容器を模式的に示す断面図である。
【図２】水素輸送方法の手順を示す工程図である。
【図３】水素輸送容器を輸送する様子を示す模式図である。
【図４】水素輸送容器を回収する様子を示す模式図である。
【図５】第２実施形態における水素輸送容器を模式的に示す断面図である。
【図６】第３実施形態における輸送の様子を示す模式図である。
【図７】第４実施形態において水素輸送容器を回収する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．水素輸送容器の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての水素輸送方法で用いられる水素輸送容器を模式的に示す断面図である。水素輸送容器１０は、略球状の外観形状を有する。図１では、水素輸送容器１０の使用状態において、水素輸送容器１０の中心を通って水素輸送容器１０を切断した断面を示している。水素輸送容器１０は、自身の内部に水素ガスを貯留可能に構成されている。また、水素輸送容器１０は、水素ガスが充填された状態において、空中に浮遊可能に構成されている。
【０００９】
水素輸送容器１０は、内層２０と外層３０との二重構造を有する。内層２０は、水素輸送容器１０において外層３０よりも内側に配置されている。内層２０は、主たるガス室である第１ガス室２１として機能し、第１ガス室２１に水素ガスが充填された状態において、略球状の外観形状を有する。外層３０は、水素輸送容器１０において内層２０を覆うように配置されている。外層３０と内層２０とにより囲まれた空間は、第２ガス室３１として機能する。第２ガス室３１の容積は、第１ガス室２１の容積よりも小さく構成されており、補助的なガス室として機能する。本実施形態の水素輸送容器１０は、第１ガス室２１および第２ガス室３１に水素ガスが充填されていない状態において、折り畳み可能に構成されているが、折り畳めない構成であってもよい。
【００１０】
本実施形態において、内層２０および外層３０は、図示しない水素バリア層と補強層とを含む多層構造のシートによりそれぞれ構成されている。本実施形態において、水素バリア層は、ポリアミド樹脂により構成されているが、ポリアミド樹脂に代えてエチレンビニルアルコール樹脂等、耐水素透過性を有する任意の材料により構成されてもよい。また、アルミニウムの蒸着等により耐水素透過性が付与された任意の材料で形成されたシートにより構成されてもよい。本実施形態において、補強層は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）により構成されているが、ＣＦＲＰに代えてＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）等の繊維強化樹脂により構成されてもよく、アルミニウムやステンレス鋼等の金属材料等、耐圧性や耐衝撃性を有する任意の材料で構成されてもよい。また、多層構造のシートに限らず、単層構造のシートにより構成されてもよく、薄肉に形成された容器により構成されてもよく、伸縮性を有するゴム材料により構成されてもよい。
【００１１】
内層２０および外層３０には、水素ガスの充填および排出を行なうための図示しない通流口が設けられている。また、第１ガス室２１には、第１ガス室２１の圧力を検出する第１圧力センサ２２が設けられている。第２ガス室３１には、第２ガス室３１の圧力を検出する第２圧力センサ３２が設けられている。なお、圧力センサ２２、２３に代えて、水素濃度を検出する濃度センサが設けられていてもよい。各圧力センサ２２、２３による検出結果は、後述する輸送装置４０に出力される。これにより、水素輸送容器１０の異常が検知される。
【００１２】
本実施形態において、水素輸送容器１０は、課題を解決するための手段における容器の下位概念に相当する。
【００１３】
Ａ−２．水素輸送方法：
図２は、水素輸送方法の手順を示す工程図である。図３は、水素輸送容器１０を用いて水素を輸送する様子を示す模式図である。本実施形態の水素輸送方法は、水素製造プラントで製造された水素を、気体の水素ガスの形態で、水素ステーションへと空中輸送する。
【００１４】
図２に示すように、上述した水素輸送容器１０を用意する（工程Ｐ１１０）。工程Ｐ１１０で用意する水素輸送容器１０は、図３に示すように、牽引ロープ５０を介して輸送装置４０と予め連結されている。本実施形態の輸送装置４０は、いわゆるドローンと呼ばれる無人航空機により構成されている。輸送装置４０には、図示しないコンピュータや、現在位置情報を検出するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）センサ、周囲を監視する監視カメラ等が搭載されている。輸送装置４０は、地上の制御装置６０との無線通信により、遠隔操作で飛行する。
【００１５】
図２に示すように、水素製造プラントで製造された水素ガスを、水素輸送容器１０の図示しない通流口から充填する（工程Ｐ１２０）。工程Ｐ１２０により、第１ガス室２１と第２ガス室３１とが水素ガスで満たされる。これにより、水素輸送容器１０は、空中に浮かぶこととなる。本実施形態の工程Ｐ１２０では、水素輸送容器１０が空中に浮遊可能な比較的低圧の範囲において、水素ガスを圧縮して充填する。例えば、第２ガス室３１よりも第１ガス室２１の圧力値が高くなるように、水素ガスを圧縮して充填してもよい。なお、第２ガス室３１には、水素ガスが充填されなくてもよく、水素ガスに代えて、空気やヘリウムガス等が充填されてもよい。工程Ｐ１２０の後、水素輸送容器１０を空中で輸送する（工程Ｐ１３０）。
【００１６】
工程Ｐ１３０では、予め制御装置６０で設定された目的地に向かって、輸送が行なわれる。図３に示すように、輸送装置４０は、水素輸送容器１０を牽引した状態で、目的地としての水素ステーションへと飛行する。工程Ｐ１３０では、飛行中の所定の時間間隔で定期的に、第１圧力センサ２２および第２圧力センサ３２による検出結果が、輸送装置４０に出力される。なお、各圧力センサ２２、３２による検出結果は、工程Ｐ１３０における飛行中に限らず、工程Ｐ１２０や後述する工程Ｐ１４０においても出力されてもよい。輸送装置４０は、各圧力センサ２２、３２による検出結果や現在位置情報を、無線通信により制御装置６０に送信する。例えば、飛行中における障害物との接触等に起因して水素輸送容器１０の外層３０に穴が開いた場合、第２ガス室３１に充填されたガスが大気中に漏れることにより、第２ガス室３１の圧力が低下する。また、例えば、水素輸送容器１０の内層２０に穴が開いた場合、第１ガス室２１に充填された水素ガスが第２ガス室３１に移動することにより、第１ガス室２１の圧力が低下する。このように、水素輸送容器１０に異常が発生した場合には、制御装置６０で目的地の設定を変更することにより、輸送装置４０の現在位置に最も近い水素ステーション等に緊急着陸するように制御してもよい。
【００１７】
図２に示すように、目的地で水素輸送容器１０を回収する（工程Ｐ１４０）。
【００１８】
図４は、水素輸送容器１０を回収する様子を示す模式図である。本実施形態では、水素ステーション７０に設けられた回収塔７１に輸送装置４０を着陸させて、水素輸送容器１０を回収する。回収された水素輸送容器１０は、回収塔７１の内部に設けられたエレベータ７２に載せられて、地上へと降ろされる。
【００１９】
水素ステーション７０へと輸送された水素ガスは、水素輸送容器１０から取り出されて利用されることとなる。本実施形態では、図示しない吸引装置を用いることにより、水素輸送容器１０の第１ガス室２１および第２ガス室３１から通流口を介して水素ガスを吸引し、水素ステーション７０に設置された図示しない蓄圧器へと水素ガスを供給する。このとき、水素ガスは、図示しない圧縮機を通過することにより、所定の圧力まで圧縮される。蓄圧器に貯蔵された水素は、図示しない充填装置を介して燃料電池車等の水素消費装置へと供給される。
【００２０】
以上説明した本実施形態の水素輸送方法によれば、水素が充填された水素輸送容器１０を空中で輸送するので、陸上および海上における輸送を省略できる。このため、陸上輸送における牽引車等の移動に要するエネルギーを省略でき、海上輸送におけるＲｏＲｏ船等の移動に要するエネルギーを省略できる。また、高圧水素ガスまたは液化水素等の形態での輸送と比較して、高圧力の状態を維持するための高圧タンク等を省略でき、液化水素を−２５３℃以下に保つための装置とエネルギーとを省略できる。また、空中に浮遊可能な比較的低圧の水素ガスの形態で輸送するので、高圧水素ガスまたは液化水素等の形態での輸送と比較して、水素の圧縮に要するエネルギーを抑制できる。また、陸上輸送を省略できるので、交通渋滞や交通事故等の不測の事態の発生を抑制できる。したがって、輸送コストおよび輸送エネルギーを抑えつつ、水素を速やかに輸送することができる。また、空中に浮遊可能な比較的低圧の範囲において水素ガスを圧縮するので、輸送効率の低下を抑制できる。
【００２１】
また、水素輸送容器１０が内層２０と外層３０との二重構造を有するので、飛行中に障害物と接触した場合における内層２０の損傷を抑制でき、内層２０で形成される主たるガス室である第１ガス室２１から大気中へと水素ガスが漏洩することを抑制できる。また、第１ガス室２１に第１圧力センサ２２が設けられ、第２ガス室３１に第２圧力センサ３２が設けられているので、水素ガスの漏洩をそれぞれ検知できる。したがって、水素ガスを利用する上での安全性の低下を抑制できる。また、輸送装置４０を制御装置６０により遠隔操作するので、水素輸送容器１０の輸送経路を制御できる。このため、所望の輸送経路から水素輸送容器１０が逸脱することを抑制でき、水素輸送容器１０が障害物と接触することを抑制できる。
【００２２】
Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態の水素輸送方法で用いられる水素輸送容器１０ａを模式的に示す断面図である。第２実施形態における水素輸送容器１０ａは、予備の容器１００ａをさらに備える点と、水素輸送容器１０に損傷が生じた場合の対応方法とにおいて、第１実施形態における水素輸送容器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】
予備の容器１００ａは、水素輸送容器１０に損傷等の異常が発生した場合に、水素輸送容器１０に充填されている水素ガスを移動させて収容する。予備の容器１００ａは、水素輸送容器１０の第１ガス室２１と連通可能に接続されている。予備の容器１００ａと第１ガス室２１とは、連通チューブ８１ａで繋がれている。連通チューブ８１ａには、開閉弁８２ａが配置されている。開閉弁８２ａは、水素輸送容器１０の損傷等が発生していない通常状態において、閉じられている。開閉弁８２ａは、制御装置６０から開弁の制御指令を輸送装置４０が受信すると、開かれる。本実施形態において、予備の容器１００ａは、第１実施形態における水素輸送容器１０と同様の構成を備えており、内部に水素ガスが充填されずに折り畳まれた状態で輸送される。予備の容器１００ａは、第１実施形態における水素輸送容器１０と異なる構成であってもよく、折り畳めない構成であってもよい。
【００２４】
第２実施形態における水素輸送容器１０ａを用いた水素輸送方法では、水素輸送容器１０の外層３０または内層２０に損傷が発生した場合、輸送装置４０は、損傷発生の通知を制御装置６０に送信する。制御装置６０は、損傷発生の通知を受信すると、開閉弁８２ａの開弁指令を輸送装置４０に送信する。かかる指令を受信した輸送装置４０は、開閉弁８２ａを開くことによって、水素輸送容器１０の第１ガス室２１に充填されていた水素ガスを、予備の容器１００ａに移動させて収容させる。また、このような場合に、制御装置６０で目的地の設定を変更することにより、輸送装置４０の現在位置に最も近い水素ステーション等に緊急着陸するように制御してもよい。また、牽引ロープ５０を介して、輸送装置４０と予備の容器１００ａとを予め連結させておき、水素輸送容器１０に損傷等の異常が発生して予備の容器１００ａに水素ガスを移動させた後、水素輸送容器１０を輸送装置４０と予備の容器１００ａとから切り離してもよい。これにより、水素輸送容器１０の牽引エネルギーをさらに抑制できる。このような態様においては、さらに、開閉弁８２ａよりも水素輸送容器１０側の連通チューブ８１ａまたは水素輸送容器１０に着火装置を予め設けておき、水素輸送容器１０を輸送装置４０と予備の容器１００ａとから切り離した後に、着火して水素輸送容器１０を燃焼させてもよい。これにより、水素輸送容器１０が地上へと落下する可能性を低減できる。
【００２５】
以上説明した第２実施形態の水素輸送方法によれば、第１実施形態の水素輸送方法と同様な効果を奏する。加えて、予備の容器１００ａを備えるので、水素ガスを利用する上での安全性の低下をより抑制できる。
【００２６】
Ｃ．第３実施形態：
図６は、第３実施形態の水素輸送方法における輸送の様子を示す模式図である。第３実施形態の水素輸送方法は、１台の輸送装置４０で複数の水素輸送容器１０を牽引して水素を輸送する点において、第１実施形態の水素輸送方法と異なる。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。
【００２７】
第３実施形態の水素輸送方法では、図２に示す工程Ｐ１１０において、連結ロープ５１を介して互いに連結された複数の水素輸送容器１０を用意する（工程Ｐ１１０）。複数の水素輸送容器１０に水素ガスをそれぞれ充填し（工程Ｐ１２０）、空中で輸送して（工程Ｐ１３０）、目的地で回収する（工程Ｐ１４０）。
【００２８】
以上説明した第３実施形態の水素輸送方法によれば、第１実施形態の水素輸送方法と同様な効果を奏する。加えて、１台の輸送装置４０で複数の水素輸送容器１０を牽引して水素を輸送するので、輸送効率の低下を抑制できる。
【００２９】
Ｄ．第４実施形態：
図７は、第４実施形態の水素輸送方法おいて水素輸送容器１０を回収する様子を示す模式図である。第４実施形態の水素輸送方法は、輸送の目的地が高層マンション７０ｂである点において、第１実施形態の水素輸送方法と異なる。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。
【００３０】
第４実施形態の水素輸送方法では、図２に示す工程Ｐ１３０において、高層マンション７０ｂを目的地として水素輸送容器１０を用いて水素を空中で輸送し（工程Ｐ１３０）、高層マンション７０ｂの屋上７１ｂに輸送装置４０を着陸させて水素輸送容器１０を回収する（工程Ｐ１４０）。水素輸送容器１０の内部から取り出された水素ガスは、図示しない水素供給管を介して、高層マンション７０ｂの各家庭へと供給される。
【００３１】
以上説明した第４実施形態の水素輸送方法によれば、第１実施形態の水素輸送方法と同様な効果を奏する。加えて、高層マンション７０ｂの屋上７１ｂから各家庭へと水素ガスが供給されるので、例えば地震等の災害発生時においても、水素の供給が停止することを抑制できる。
【００３２】
Ｅ．他の実施形態：
（１）上記実施形態では、輸送装置４０に水素輸送容器１０を牽引させて水素を輸送していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、輸送装置４０と水素輸送容器１０とが一体化した構成であってもよい。また、例えば、無人航空機に限らず、他の任意の輸送手段を用いて水素輸送容器１０を空中で移動させてもよく、輸送区間のうちの少なくとも一部において、水素輸送容器１０をジェット気流に乗せて空中で移動させる態様であってもよい。かかる態様によれば、輸送エネルギーの増加をさらに抑制でき、輸送に要するコストの増加を抑制できる。
【００３３】
（２）上記実施形態の水素輸送方法において、上空の特定の範囲内の高度を水素輸送専用高度に設定し、水素輸送専用高度で水素輸送容器１０を移動させてもよい。かかる構成によれば、障害物との接触を抑制でき、水素ガスを利用する上での安全性の低下をより抑制できる。
【００３４】
（３）上記実施形態の水素輸送方法では、水素ステーション７０や高層マンション７０ｂを目的地としていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の任意の場所に水素を輸送する手段として本発明を適用してもよい。例えば、水素を工業用原料として用いるために、工場を目的地として輸送されてもよい。また、例えば、山の頂上付近等の高度が比較的高い地域や、道路設備が整備されていない地域へと水素ガスを輸送してもよい。このような地域への輸送に本発明の水素輸送方法を適用することにより、陸上輸送が困難な地域に水素を速やかに供給できる。
【００３５】
（４）第１実施形態の水素輸送方法では、工程Ｐ１４０において、回収塔７１に輸送装置４０を着陸させて水素輸送容器１０を回収し、エレベータ７２で地上へと降ろしていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、輸送装置４０を地上に着陸させて水素輸送容器１０を回収する態様であってもよい。かかる態様によれば、回収塔７１を省略できる。また、例えば、棒等で構成される回収装置を用いて水素輸送容器１０を回収してもよい。また、例えば、エレベータ７２で地上へと降ろすことに代えて、回収塔７１の内部に配設された水素供給管を介して水素ガスを地上へと降ろしてもよい。また、例えば、回収塔７１に設けられた圧縮機により所定の圧力まで圧縮した水素ガスを、地上へと降ろす態様であってもよい。かかる態様によれば、地上における水素ガスの圧縮の際に用いられる冷却設備を簡素化できる。
【００３６】
（５）上記実施形態では、輸送された水素ガスを、吸引装置を用いて吸引することにより水素輸送容器１０から取り出していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、密閉空間で通流口を開放することにより、水素ガスを取り出してもよい。また、例えば、水素輸送容器１０を折り畳んで潰すことや、蛇腹状に形成された水素輸送容器１０を潰すこと等、水素輸送容器１０の外部から力を加えることにより、水素輸送容器１０の容積を減少させて水素ガスを取り出してもよい。また、例えば、ゴム等の伸縮性を有する材料により形成された水素輸送容器１０を用いることにより、通流口の開放によって水素輸送容器１０を自動的に収縮させて水素ガスを取り出してもよい。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。
【００３７】
（６）上記実施形態の水素輸送容器１０および予備の容器１００ａの構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、第１ガス室２１の圧力を検出する第１圧力センサ２２は、省略されてもよい。また、例えば、外層３０と内層２０との二重構造に限らず、一重の構造であってもよく、三重以上の構造を有していてもよい。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。
【００３８】
（７）上記実施形態では、水素輸送容器１０が空中に浮遊可能な比較的低圧の範囲において水素ガスを圧縮して充填していたが、水素ガスを圧縮せずに充填してもよい。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。
【００３９】
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】
【００４０】
１０、１０ａ…水素輸送容器、２０…内層、２１…第１ガス室、２２…第１圧力センサ、３０…外層、３１…第２ガス室、３２…第２圧力センサ、４０…輸送装置、５０…牽引ロープ、５１…連結ロープ、６０…制御装置、７０…水素ステーション、７０ｂ…高層マンション、７１…回収塔、７１ｂ…屋上、７２…エレベータ、８１ａ…連通チューブ、８２ａ…開閉弁、１００ａ…予備の容器
【図１】
2019203588.tif 000003
【図２】
2019203588.tif 000004
【図３】
2019203588.tif 000005
【図４】
2019203588.tif 000006
【図５】
2019203588.tif 000007
【図６】
2019203588.tif 000008
【図７】
2019203588.tif 000009