(57)【要約】      （修正有）【課題】高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐ水素供給システム及び水素ステーションを提供する。【解決手段】水素供給システム１００は、水素の供給を行う水素供給システムであって、芳香族炭化水素の水素化物を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応器２と、水素精製器５で得られた水素含有ガスから脱水素生成物を除去し、高純度水素を含む精製ガスを得る水素精製器５と、水素精製器５で得られた精製ガスを高圧状態とする第２コンプレッサ１１と、水素精製器５から精製ガスの一部または全部を第２コンプレッサ１１に流通させるラインＬ６と、水素精製器５から得られる精製ガスの濃度を検出する濃度計７と、ラインＬ６上に設けられ、濃度計７の検出結果に応じて、下流側への精製ガスの流通を防止する切替部８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素の供給を行う水素供給システムであって、
原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る反応部と、
前記反応部で得られた前記水素含有ガスから脱水素生成物を除去し、高純度水素を含む精製ガスを得る精製部と、
前記精製部で得られた前記精製ガスを高圧状態とする圧縮部と、
前記精製部から前記精製ガスの一部または全部を前記圧縮部に流通させる精製ガスラインと、
前記精製部の異常を検出する異常検出部と、
前記精製ガスライン上に設けられ、前記異常検出部の検出結果に応じて、下流側への前記精製ガスの流通を防止する流通防止部と、を備える水素供給システム。
【請求項２】
前記流通防止部は、当該流通防止部よりも上流側へ前記精製ガスの流通先を切り替える切替部である請求項１記載の水素供給システム。
【請求項３】
前記流通防止部は、前記精製ガスラインにおける前記精製ガスの流通を遮断する遮断部である請求項１記載の水素供給システム。
【請求項４】
前記精製ガスライン上に設けられ、前記精製ガスから不純物を除去する吸着材を更に備える請求項１〜３のいずれか一項記載の水素供給システム。
【請求項５】
前記異常検出部は、前記精製ガスライン上に設けられ、前記精製ガス中の前記脱水素生成物の濃度を検出する濃度計を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の水素供給システム。
【請求項６】
前記濃度計は、赤外線センサ又は紫外線センサを用いた濃度計である請求項５記載の水素供給システム。
【請求項７】
前記反応部から前記水素含有ガスを前記精製部に流通させる反応ガスラインと、
前記精製部からオフガスを前記反応部に流通させるオフガスラインと、を更に備え、
前記異常検出部は、前記精製ガスライン上、前記反応ガスライン上及び前記オフガスライン上の少なくともいずれか一つに設けられる圧力計を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の水素供給システム。
【請求項８】
前記異常検出部は、前記精製ガスライン上に設けられる流量計を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の水素供給システム。
【請求項９】
前記異常検出部は、複数の検出器によって構成される、請求項１〜８のいずれか一項記載の水素供給システム。
【請求項１０】
前記精製ガスライン上に設けられ、前記精製ガスの一部または全部を一時的に貯蔵するバッファタンクを更に備え、
前記流通防止部は、前記精製部と前記バッファタンクとの間の前記精製ガスライン上に設けられる請求項１〜９のいずれか一項記載の水素供給システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の水素供給システムを有する水素ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素の供給を行う水素供給システム及び水素ステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素供給システムとして、例えば特許文献１に挙げるものが知られている。特許文献１の水素供給システムは、原料の芳香族炭化水素の水素化物を貯蔵するタンクと、当該タンクから供給された原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る反応器と、反応器で得られた水素含有ガスから脱水素生成物を除去し、高純度水素を含む精製ガスを得る水素分離膜と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３２６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水素供給システムでは、水素精製部に異常が生じた場合、脱水素生成物が精製ガスに混入し、製品として供給される高純度の水素が流通するガスラインが汚染されるという問題があった。高純度の水素のガスラインが汚染されると、その浄化あるいは交換を行うために大変な手間がかかると同時に、水素供給システムの稼働率が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐ水素供給システム及び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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る水素供給システムは、水素の供給を行う水素供給システムであって、原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る反応部と、反応部で得られた水素含有ガスから脱水素生成物を除去し、高純度水素を含む精製ガスを得る精製部と、精製部で得られた精製ガスを高圧状態とする圧縮部と、精製部から精製ガスの一部または全部を圧縮部に流通させる精製ガスラインと、精製部の異常を検出する異常検出部と、精製ガスライン上に設けられ、異常検出部の検出結果に応じて、下流側への精製ガスの流通を防止する流通防止部と、を備える。
【０００７】
本発明に係る水素供給システムでは、精製部に異常が発生して精製ガスに脱水素生成物が混入した場合であっても、異常検出部が精製部の異常を検出する。そして、この検出結果に応じて、流通防止部が下流側への精製ガスの流通を防止するので、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐことができる。
【０００８】
また、流通防止部は、当該流通防止部よりも上流側へ精製ガスの流通先を切り替える切替部であってもよい。これにより、精製部に異常が発生して精製ガスに脱水素生成物が混入した場合であっても、切替部が精製ガスの流通先を流通防止部よりも上流側へ切り替えるので、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐことができる。
【０００９】
また、流通防止部は、精製ガスラインにおける精製ガスの流通を遮断する遮断部であってもよい。これにより、精製部に異常が発生して精製ガスに脱水素生成物が混入した場合であっても、遮断部が精製ガスの流通を遮断するので、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐことができる。
【００１０】
また、精製ガスライン上に設けられ、精製ガスから不純物を除去する吸着材を更に備えてもよい。これにより、精製ガスの不純物を吸着除去し、水素の純度を高めることができる。
【００１１】
また、異常検出部は、精製ガスライン上に設けられ、精製ガス中の脱水素生成物の濃度を検出する濃度計を備えてもよい。これにより、精製ガスへの脱水素生成物の濃度を検出することに基づいて、精製部の異常を検出することができる。
【００１２】
また、濃度計は、赤外線センサ又は紫外線センサを用いた濃度計であってもよい。これにより、オンラインで脱水素生成物の濃度を検出することができるため、容易に精製部の異常を検出することができる。
【００１３】
また、反応部から水素含有ガスを精製部に流通させる反応ガスラインと、精製部からオフガスを反応部に流通させるオフガスラインと、を更に備え、異常検出部は、精製ガスライン上、反応ガスライン上及びオフガスライン上の少なくともいずれか一つに設けられる圧力計を備えてもよい。これにより、精製ガス、反応ガス及びオフガスの少なくともいずれか一つの圧力を検出することに基づいて、精製部の異常を検出することができる。
【００１４】
また、異常検出部は、精製ガスライン上に設けられる流量計を備えてもよい。これにより、精製ガスの流量を検出することに基づいて、精製部の異常を検出することができる。
【００１５】
また、異常検出部は、複数の検出器によって構成されてもよい。これにより、何れかが故障した場合のバックアップを図ることができる。
【００１６】
また、精製ガスライン上に設けられ、精製ガスの一部または全部を一時的に貯蔵するバッファタンクを更に備え、流通防止部は、精製部とバッファタンクとの間の精製ガスライン上に設けられてもよい。これにより、圧縮部で高圧状態とする前の精製ガスを一時的に貯留することができる。
【００１７】
本発明に係る水素ステーションは、上記の水素供給システムを有する。上記の水素供給システムを有することで、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐ水素供給システム及び水素ステーションを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る水素供給システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第２実施形態に係る水素供給システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る水素供給システムの構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る水素供給システム１００は、有機化合物（常温で液体）を原料とするものである。なお、水素精製の過程では、原料である有機化合物（常温で液体）を脱水素した、脱水素生成物（常温で液体）（有機化合物（常温で液体））が除去される。原料の有機化合物として、例えば、有機ハイドライドが挙げられる。有機ハイドライドは、製油所で大量に生産されている水素を芳香族炭化水素と反応させた水素化物が好適な例である。また、有機ハイドライドは、芳香族の水素化化合物に限らず、２−プロパノール（水素とアセトンが生成される）の系もある。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム１００へ輸送することができる。本実施形態では有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下、ＭＣＨと称する）を用いる。その他、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、エチルデカリンなど芳香物炭化水素の水素化物を適用することができる（なお、芳香族化合物は特に水素含有量の多い好適な例である）。水素供給システム１００は、燃料電池自動車（ＦＣＶ）や水素エンジン車に水素を供給することができる。なお、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたＬＰＧ、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合にも適用可能である。
【００２２】
本実施形態では、水素供給システム１００として、ＦＣＶ２０に高純度水素を供給する水素ステーション１５０を例として説明を行う。すなわち、水素ステーション１５０は、水素供給システム１００を有している。図１に示すように、本実施形態に係る水素供給システム１００は、ＭＣＨタンク１、脱水素反応器（反応部）２、気液分離器３、トルエンタンク４、水素精製器（精製部）５、第１コンプレッサ６、濃度計（異常検出部、検出器）７、切替部（流通防止部）８、吸着材９、バッファタンク１０、第２コンプレッサ（圧縮部）１１及び貯蔵タンク１２を備えている。また、水素供給システム１００は、ラインＬ１〜Ｌ７及びバイパスラインＢＬ１，ＢＬ２を備えている。なお、本実施形態では、原料としてＭＣＨを採用し、水素精製の過程で除去される脱水素生成物がトルエンである場合を例として説明する。なお、実際には、トルエンのみならず、未反応のＭＣＨと少量の副生成物及び不純物も存在するが、本実施形態中では、トルエンに混じって当該トルエンと同じ挙動を示す。従って、以下の説明において、「トルエン」と称して説明するものには、未反応のＭＣＨや副生成物も含むものとする。
【００２３】
ラインＬ１〜Ｌ７は、ＭＣＨ、トルエン、水素含有ガス、オフガス、または高純度水素が通過する流路である。ラインＬ１は、ＭＣＨタンク１と脱水素反応器２とを接続し、ラインＬ２は、脱水素反応器２と気液分離器３とを接続し、ラインＬ３は、気液分離器３とトルエンタンク４とを接続し、ラインＬ４は、気液分離器３と水素精製器５とを接続し、ラインＬ５は、水素精製器５とラインＬ１の中途位置とを接続し、ラインＬ６は、水素精製器５と第２コンプレッサ１１とを接続し、ラインＬ７は、第２コンプレッサ１１と水素供給システム１００の外部のＦＣＶ２０とを接続する。ラインＬ５の中途位置には、第１コンプレッサ６が設けられている。ラインＬ６の中途位置には、水素精製器５側から順に、濃度計７、切替部８、吸着材９及びバッファタンク１０が設けられている。ラインＬ７の中途位置には、貯蔵タンク１２が設けられている。
【００２４】
ラインＬ２及びラインＬ４は、反応ガスラインであり、脱水素反応器２で得られる反応ガス（水素含有ガス）が流通する。ラインＬ５は、オフガスラインであり、水素精製器５から排出されるオフガスが流通する。ラインＬ６は、精製ガスラインであり、水素精製器５で得られる高純度水素である精製ガスが流通する。バイパスラインＢＬ１は、ラインＬ６における切替部８が設けられる位置とラインＬ４の中途位置とを接続し、バイパスラインＢＬ２は、ラインＬ６における切替部８が設けられる位置とラインＬ５の中途位置とを接続する。
【００２５】
ＭＣＨタンク１は、原料となるＭＣＨを貯留するタンクである。外部からタンクローリーなどで輸送されたＭＣＨは、ＭＣＨタンク１にて貯留される。ＭＣＨタンク１に貯留されているＭＣＨは、コンプレッサ（不図示）によってラインＬ１を介して脱水素反応器２へ供給される。コンプレッサは、ラインＬ１上であって、ラインＬ５が接続される中途位置よりも上流側（ＭＣＨタンク１側）に設けられ、ＭＣＨの圧力を脱水素反応器２の圧力損失に応じて、例えば、０．２ＭＰａ程度に昇圧する。
【００２６】
脱水素反応器２は、ＭＣＨを脱水素反応させることによって水素を得る機器である。すなわち、脱水素反応器２は、脱水素触媒を用いた脱水素反応によってＭＣＨから水素を取り出す機器である。有機ハイドライドの反応は可逆反応であり、反応条件（温度、圧力）によって反応の方向が変わる（化学平衡の制約を受ける）。一方、脱水素反応は、常に吸熱反応で分子数が増える反応である。従って、高温、低圧の条件が有利である。脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応器２は熱源（不図示）から熱媒体を介して熱を供給される。脱水素反応器２は、脱水素触媒中を流れるＭＣＨと熱源からの熱媒体との間で熱交換可能な機構を有している。脱水素反応器２で取り出された水素含有ガスは、ラインＬ２を介して気液分離器３へ供給される。ラインＬ２の水素含有ガスは、液体であるトルエンを混合物として含んだ状態で、気液分離器３へ供給される。
【００２７】
気液分離器３は、水素含有ガスからトルエンを分離するタンクである。気液分離器３は、混合物としてトルエンを含む水素含有ガスを貯留することによって、気体である水素と液体であるトルエンとを気液分離する。気液分離器３で分離されたトルエンは、ラインＬ３を介してトルエンタンク４へ供給される。気液分離器３で分離された水素含有ガスは、ラインＬ４を介して水素精製器５へ供給される。なお、水素含有ガスを冷やすと当該ガスの一部（トルエン）は液化し、気液分離器３によって、液化しないガス（水素）と分離することができる。ガスを低温とした方が、分離の効率は良くなり、圧力を上げると更に、トルエンの液化が進む。
【００２８】
トルエンタンク４は、気液分離器３で分離された液体のトルエンを貯留するタンクである。トルエンタンク４に貯留されたトルエンは、回収して利用することが可能である。
【００２９】
水素精製器５は、脱水素反応器２で得られると共に気液分離器３で気液分離された水素含有ガスから、脱水素生成物（本実施形態ではトルエン）を除去する。これによって、水素精製器５は、当該水素含有ガスを精製して高純度の水素ガス（精製ガス）を得る。得られた精製ガスは、ラインＬ６へ供給され、水素及び脱水素生成物を含むオフガスは、ラインＬ５へ排出される。ラインＬ５へ供給されたオフガスは、第１コンプレッサ６を介して脱水素反応器２へ供給される。
【００３０】
水素精製器５は、採用する水素精製方法によって異なるが、具体的には、水素精製方法として膜分離を用いる場合には、水素分離膜を備える水素分離装置であり、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法又はＴＳＡ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法を用いる場合には、不純物を吸着する吸着材を格納する吸着塔を複数備えた吸着除去装置である。
【００３１】
水素精製器５が膜分離を用いる場合について説明する。この方法では、所定温度に加熱された膜に、コンプレッサ（不図示）によって所定圧力に加圧された水素含有ガスを透過させることによって、脱水素生成物を除去し、高純度の水素ガス（精製ガス）を得ることができる。膜を透過した透過ガスの圧力は、膜を透過する前の圧力と比べて低下する。一方、膜を透過しなかった非透過ガスの圧力は、膜を透過する前の所定圧力からほとんど変化しない。このとき、膜を透過しなかった非透過ガスが、水素精製器５のオフガスに該当する。
【００３２】
水素精製器５に適用される膜の種類は特に限定されず、多孔質膜（分子流によって分離するもの、表面拡散流によって分離するもの、毛管凝縮作用によって分離するもの、分子ふるい作用によって分離するものなど）や、非多孔質膜を適用することができる。水素精製器５に適用される膜として、例えば、金属膜（ＰｂＡｇ系、ＰｄＣｕ系、Ｎｂ系など）、ゼオライト膜、無機膜（シリカ膜、カーボン膜など）、高分子膜（ポリイミド膜など）を採用することができる。
【００３３】
膜分離による水素精製器５の水素回収率は、７０〜９０％である。水素精製器５で用いられる膜の「水素／トルエン」の分離係数は、１０００以上であることが好ましく、１００００以上であることがより好ましい。
【００３４】
水素精製器５の除去方法として、ＰＳＡ法を採用する場合について説明する。ＰＳＡ法で用いられる吸着材は、高圧下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、低圧下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。ＰＳＡ法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を高圧にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス（精製ガス）を得る。吸着により吸着塔内の吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を低圧にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した精製ガスの一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する（このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製器５からのオフガスに該当する）。
【００３５】
吸着塔内の圧力の調整方法は特に限定されないが、例えば、吸着塔毎に備えられたバルブを閉めるなどの操作により、吸着塔毎に調節することができる。従って、吸着材の吸着機能が低下した吸着塔については、減圧により吸着材を再生させるとともにオフガスを排出する。一方、残りの吸着塔については、加圧により水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去するとともに高純度水素を得る。再生中の吸着塔についての吸着材再生が完了したら、当該吸着塔については、加圧によりトルエンの除去を開始するとともに高純度水素を得る。一方、トルエンの除去を行っていた吸着塔の全部または一部については、減圧により吸着材の再生を開始するとともにオフガスを排出する。このように、再生を行う吸着塔とトルエンの除去を行う吸着塔の切り替えを繰り返し行うことで、水素供給システム１００全体として、連続的に高純度水素とオフガスとを得ることができる。水素精製器５がＰＳＡ法を採用する場合の水素回収率は、吸着塔の数によるが、約６０〜９０％である。
【００３６】
水素精製器５の除去方法として、ＴＳＡ法を採用する場合について説明する。ＴＳＡ法で用いられる吸着材は、常温下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、高温下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。ＴＳＡ法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を常温にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス（精製ガス）を得る。吸着により吸着塔内の吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を高温にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した精製ガスの一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する（このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製器５からのオフガスに該当する）。
【００３７】
吸着塔内の温度の調整方法は特に限定されないが、例えば、吸着塔毎に備えられたヒータのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるなどの操作により、吸着塔毎に調節することができる。従って、吸着材の吸着機能が低下した吸着塔については、高温にすることにより吸着材を再生させるとともにオフガスを排出する。一方、残りの吸着塔については、常温に保つことにより水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去するとともに高純度水素を得る。再生中の吸着塔についての吸着材再生が完了したら、当該吸着塔については、吸着塔内を常温に保つことによりトルエンの除去を開始するとともに高純度水素を得る。一方、トルエンの除去を行っていた吸着塔の全部または一部については、吸着塔内を高温にすることにより吸着材の再生を開始するとともにオフガスを排出する。このように、再生を行う吸着塔とトルエンの除去を行う吸着塔の切り替えを繰り返し行うことで、水素供給システム１００全体として、連続的に高純度水素とオフガスとを得ることができる。水素精製器５がＴＳＡ法を採用する場合の水素回収率は、吸着塔の数によるが、約６０〜９０％である。
【００３８】
第１コンプレッサ６は、脱水素反応器２の圧力損失に応じて、水素精製器５から排出されるオフガスを高圧状態とし、ラインＬ５を介して脱水素反応器２へ圧送する。第１コンプレッサ６は、例えば、１ＭＰａ未満の圧力でオフガスを高圧状態とする。ただし、オフガスが脱水素反応器２に到達し得る程度の高圧状態で水素精製器５から排出される場合は、第１コンプレッサ６を省略し、水素供給システム１００の簡略化を図ってもよい。
【００３９】
濃度計７は、ラインＬ６上に設けられ、精製ガス中の脱水素生成物の濃度を検出する。濃度計７は、例えば、赤外線センサ又は紫外線センサである。これ以外にも、例えば、マイクロ波プラズマ原子発光分光分析装置、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、バリア放電イオン化検出器（ＢＩＤ）、エクストラクタＥＩイオン源を用いる装置等によって濃度計７を構成してもよい。濃度計７は、制御部（不図示）に電気的に接続され、検出した濃度を制御部へと出力する。制御部は、ＣＰＵ、メモリ、記憶媒体、表示装置等を含む一般的なコンピュータユニットであって、水素供給システム１００の構成要素に電気的に接続され、各構成要素を制御可能に構成されている。制御部は、濃度が予め設定した所定の値を超えるか否かを判定し、超えた場合は、切替部８に制御信号を出力する。
【００４０】
切替部８は、ラインＬ６上に設けられ、濃度計７で検出された濃度（検出結果）に応じて、下流側（吸着材９側）への精製ガスの流通を防止する流通防止部である。切替部８は、制御部に電気的に接続され、制御部から制御信号を入力する。具体的には、切替部８は、制御部からの制御信号に基づき、濃度が予め設定した所定の値を超えた場合、切替部８よりも上流側（濃度計７側）へ精製ガスの流通先を切り替える。より具体的には、切替部８は、精製ガスの流通先をラインＬ６からバイパスラインＢＬ１を介してラインＬ４に切り替えるか、バイパスラインＢＬ２を介してラインＬ５に切り替える。ここで、切替部８よりも上流側へ精製ガスの流通先を切り替えるとは、切替部８よりも下流側には精製ガスを流通させず、切替部８よりも下流側以外のところに精製ガスを流通させる意味である。
【００４１】
吸着材９は、ラインＬ６上に設けられ、精製ガスから不純物を除去する。より具体的には、吸着材９は、ラインＬ６上における切替部８とバッファタンク１０との間に設けられる。水素精製器５で得られた精製ガスは、ラインＬ６を介して、吸着材２５へ供給される。ここで、吸着材９へ供給された精製ガスには、トルエン、メタンなどの微量の不純物が残っている場合がある。そこで、微量に残った不純物を吸着材９が吸着除去することにで、より水素含有ガスの水素の純度を高めることができる。
【００４２】
バッファタンク１０は、ラインＬ６上に設けられ、精製ガスの一部または全部を一時的に貯蔵する。
【００４３】
第２コンプレッサ１１は、水素精製器５で得られた精製ガスを高圧状態とする。第２コンプレッサ１１は、例えば、２０〜９０ＭＰａの圧力で精製ガスを高圧状態とする。第２コンプレッサ１１は、精製ガスをＦＣＶ２０へ供給可能とするために高圧状態にした上で、ラインＬ７を介して貯蔵タンク１２へ供給する。なお、目的とする圧力に応じて、圧縮を行う圧縮ユニットを複数備え、段階的に圧縮を行う構成としてもよい。
【００４４】
貯蔵タンク１２は、精製ガスを高圧状態のまま蓄える。貯蔵タンク１２で蓄えられた精製ガスは、ラインＬ７を介してＦＣＶ２０に供給される。貯蔵タンク１２により、水素供給システム１００内にある程度の量の精製ガスを蓄えておくことができるため、ＦＣＶ２０へ水素を安定供給することが可能となる。ただし、貯蔵タンク１２は、水素供給を行うために必須ではないため、省略してもよい。
【００４５】
次に、本実施形態に係る水素供給システム１００の作用及び効果について説明する。
【００４６】
本実施形態に係る水素供給システム１００は、上述のように、精製ガスラインであるラインＬ６上に濃度計７及び切替部８を備えている。濃度計７は、水素精製器５の異常を検出する検出器として機能すると共に、異常検出部を構成する。例えば、水素精製器５が水素分離膜を備える水素分離装置であって、水素分離膜が損傷する等して水素精製器５に異常が発生した場合、水素以外にトルエンも膜を通過してしまい、精製ガスに高濃度のトルエンが混入するおそれがある。このような場合であっても、濃度計７の検出結果により水素精製器５の異常を検出することができる。また、水素精製器５がＰＳＡ法又はＴＳＡ法を用いる吸着除去装置の場合も、同様に濃度計７の検出結果により水素精製器５の異常を検出することができる。そして、切替部８は、検出された濃度が予め設定した所定の値を超えた場合は、精製ガスの流通先をラインＬ６からバイパスラインＢＬ１を介してラインＬ４に切り替えるか、バイパスラインＢＬ２を介してラインＬ５に切り替える。これにより、高濃度のトルエンが混入された精製ガスが高純度の水素のガスラインを汚染するのを防ぐことができる。また、水素供給システム１００は、ラインＬ６上に吸着材９を備えている。このため、濃度計７による水素精製器５の異常の検出から、切替部８による切り替えの実施までにタイムラグが存在する場合であっても、吸着材９が水素精製器５の異常により精製ガスに混入したトルエンを除去するので、高純度の水素のガスラインの汚染を防ぐ上で有利である。また、濃度計７は、例えば、赤外線センサである。これにより、オンラインで脱水素生成物の濃度を検出することができるため、容易に水素精製器５の異常を検出することができる。
【００４７】
なお、水素供給システム１００は、バイパスラインＢＬ１，ＢＬ２を両方備えるが、いずれか一方を備えてもよい。また、バイパスラインＢＬ１は、ラインＬ６の切替部８が設けられる位置とラインＬ４の中途位置とを接続し、バイパスラインＢＬ２は、ラインＬ６の切替部８が設けられる位置とを接続するが、これに限られない。バイパスラインＢＬ１，ＢＬ２は、切替部８よりも上流側に接続されていればよい。すなわち切替部８は、精製ガスの流通先をラインＬ６から切替部８よりも上流側に切り替えるものであればよく、例えば、ラインＬ１〜Ｌ３に切り替えてもよい。
【００４８】
また、精製ガスの流量を検出する流量計を濃度計７の代わりに用いてもよい。例えば、水素精製器５が水素分離膜を備える水素分離装置であって、水素分離膜が損傷する等して水素精製器５に異常が発生し、精製ガスにトルエンが混入した場合、水素精製器５から取り出される精製ガスの流量が増加する。従って、流量計によっても、水素精製器５の異常を検出することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
図２は、第２実施形態に係る水素供給システムの構成を示すブロック図である。本実施形態では、水素供給システム２００として、ＦＣＶ２０に高純度水素を供給する水素ステーション２５０を例として説明を行う。すなわち、水素ステーション２５０は、水素供給システム２００を有している。第２実施形態に係る水素供給システム２００は、濃度計７の代わりに第１圧力計（異常検出部、検出器）１５、第２圧力計（異常検出部、検出器）１６及び第３圧力計（異常検出部、検出器）１７を備える点、切替部８の代わりに遮断部（流通防止部）１８を備える点、並びにバイパスラインＢＬ１，ＢＬ２を備えない点で、第１実施形態に係る水素供給システム１００と相違し、その他の点で一致している。
【００５０】
第１圧力計１５は、ラインＬ４上に設けられ、気液分離器３で気液分離された水素含有ガスの圧力を検出する。第２圧力計１６は、ラインＬ５上に設けられ、水素精製器５から排出されたオフガスの圧力を検出する。第３圧力計１７は、ラインＬ６上に設けられ、水素精製器５から得られた精製ガスの圧力を検出する。第１圧力計１５、第２圧力計１６及び第３圧力計１７はそれぞれ制御部（不図示）に電気的に接続され、検出した圧力を制御部へと出力する。制御部は、圧力が予め設定した条件に適合するか否かを判定し、遮断部１８に制御信号を出力する。
【００５１】
遮断部１８は、ラインＬ６上に設けられ、第１圧力計１５、第２圧力計１６及び第３圧力計１７で検出された圧力（検出結果）を入力し、これらの圧力に応じて、遮断部１８よりも下流側への精製ガスの流通を防止する流通防止部である。遮断部１８は、制御部に電気的に接続され、制御部から制御信号を入力する。遮断部１８は、例えば、電磁弁を備え、遮断部１８は、制御部からの電気信号に基づき、電磁弁を閉めることによりラインＬ６における精製ガスの流通を遮断する。
【００５２】
水素供給システム２００では、第１圧力計１５、第２圧力計１６及び第３圧力計１７で検出された圧力をどのように用いるかは、水素精製器５が採用する水素精製方法に合せて選択することができる。水素精製器５が膜分離を用いる場合、膜の損傷があると、ラインＬ４から水素精製器５に供給される水素含有ガスに圧力をかけることができなくなり、ラインＬ４における水素含有ガスの圧力が低下する。また、これに伴いラインＬ５に排出されるオフガスの圧力も低下する。従って、遮断部１８は、第１圧力計１５及び第２圧力計１６のいずれか一方の検出結果を用いて精製ガスの流通を遮断することができる。制御部は、例えば、第１圧力計１５又は第２圧力計１６で検出された圧力が予め設定した所定の圧力を下回った場合に、遮断部１８に制御信号を出力する。遮断部１８は、制御部からの制御信号に基づき、ラインＬ６における精製ガスの流通を遮断する。なお、圧力値の代わりに圧力変動速度を用い、急激に圧力が変動した場合に、精製ガスの流通を遮断してもよい。
【００５３】
また、水素精製器５がＰＳＡ法又はＴＳＡ法を採用する場合、水素精製器５に異常が発生すると、ラインＬ４から供給される水素含有ガスとラインＬ５に排出されるオフガスとの圧力差、及びラインＬ６に供給される精製ガスの圧力が正常時に比べて高くなる。従って、制御部は、例えば、第１圧力計１５及び第２圧力計１６で検出された圧力の圧力差、又は第３圧力計１７で検出された圧力が、それぞれ予め設定した所定の値を上回った場合に、遮断部１８に制御信号を出力する。遮断部１８は、制御部からの制御信号に基づき、精製ガスの流通を遮断する。
【００５４】
例えば、正常時に、ラインＬ４から供給される水素含有ガスの圧力が０．９ＭＰａであり、ラインＬ６に供給される精製ガスの圧力が０．６ＭＰａである場合、圧力値が０．１ＭＰａ程度は前後することを考慮して、第３圧力計１７で検出される圧力の所定の値を正常時の精製ガスの圧力（ここでは、０．６ＭＰａ）よりも０．２ＭＰａ高い値に設定することができる。このとき、制御部は、第３圧力計１７で検出された圧力が０．８ＭＰａを上回った場合に、遮断部１８に制御信号を出力する。なお、圧力の代わりに圧力変動速度を用い、急激に圧力が変動した場合に、ラインＬ６における精製ガスの流通を遮断してもよい。
【００５５】
第２実施形態に係る水素供給システム２００では、異常検出部は、第１圧力計１５、第２圧力計１６及び第３圧力計１７によって構成されている。このように異常検出部は、複数の検出器によって構成されることにより、何れかが故障した場合のバックアップを図ることができる。
【００５６】
なお、本発明に係る水素供給システムは、上述の第１実施形態及び第２実施形態に係る水素供給システム１００，２００に限定されるものではない。例えば、第１実施形態に係る水素供給システム１００において、切替部８及びバイパスラインＢＬ１，ＢＬ２の代わりに、第２実施形態に係る水素供給システム２００における遮断部１８を採用してもよい。逆に、第２実施形態に係る水素供給システム２００において、遮断部１８の代わりに、第１実施形態に係る水素供給システム１００における切替部８及びバイパスラインＢＬ１，ＢＬ２を採用してもよい。
【００５７】
第１実施形態及び第２実施形態に係る水素供給システム１００，２００では、切替部８及び遮断部１８はそれぞれ、ラインＬ６上の濃度計７及び吸着材９の間に設けられるが、ラインＬ６上であれば、どこに設けられてもよい。ラインＬ６上であってバッファタンク１０よりも上流側に設けられると、バッファタンク１０の汚染も防ぐことができる。また、ラインＬ６上であって吸着材９よりも上流側に設けられると、さらに吸着材９の汚染も防ぐことができる。
【００５８】
第１実施形態及び第２実施形態に係る水素供給システム１００，２００は、異常検出部として種々の構成を備えることができる。例えば、第１実施形態に係る水素供給システム１００は、濃度計７に加えて、流量計及び圧力計を備え、これらを併用してもよい。すなわち、異常検出部は、精製部に流入及び／又は精製部から流出するガスの状態（すなわち、濃度、圧力、流量など）を直接的又は間接的に検出することによって、精製部の異常を検出することができるものであればよい。このような異常検出部は、ラインＬ４、ラインＬ５、及びラインＬ６の少なくとも一つに設けられている。ラインＬ４、ラインＬ５、及びラインＬ６は、精製部に直接的に接続されているラインである。このように、精製部に直接的に接続されるラインに異常検出部を設けることで、精製部に流入及び／又は流出するガスの状態を正確に把握することができる。ただし、精製部の異常を判定することができる限り、直接精製部に接続されていないラインに異常検出部を設けてもよい。
【００５９】
例えば、異常検出を目的として、気液分離器３の温度をモニタリングしてもよい。この場合、制御部はあらかじめ設定した所定の温度を上回るか否かを判定する。上回った場合は脱水素反応後の水素含有ガスが十分に冷却されず、精製部に多量のトルエンが流入し、精製部の異常につながる蓋然性があるとして、制御部は、流通防止部により下流側への精製ガスの流通を防止する。異常検出部は、このような温度計以外でも、精製部の異常につながる蓋然性がある現象を検出できるものを備えていればよい。
【００６０】
また、異常検出部は、複数の検出器によって構成されていてもよい。具体的には、異常検出部は、濃度計を２つ備える等、一種類の検出器を複数備えてもよいし、複数種類の検出器を備えてもよい。検出器を複数備えることにより、何れかが故障した場合のバックアップを図ることができる。また、複数種類の検出器を備えることにより、精製部の異常をより詳細にモニタリングすることができる。例えば、感度の高い検出器をできるたけ上流側に備えると共に、濃度計をバッファタンク１０の上流側の直前に備えてもよい。これによれば、感度の高い検出器により異常を検出し、精製ガスの流通を防止すると共に、バッファタンク１０の上流側の直前に備えた検出器で異常が検出されたか否かによって、高純度の水素のガスラインの汚染の有無を確認することができる。仮に感度の高い検出器が故障した場合も、バッファタンク１０の上流側の直前に備えた濃度計をバックアップとして用い、異常を検出させることができる。
【００６１】
上述の実施形態では、水素供給システム１００，２００は、脱水素反応によって水素含有ガスを生成していたが、当該方法に限らず、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたＬＰＧ、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合など、あらゆる水素生成方法を採用してもよい。
【００６２】
上述した実施形態に係る水素供給システム１００，２００は、どのような用途に用いられてもよく、例えば、上述の実施形態では、水素ステーションに適用した。すなわち、水素供給システムよりも下流側に、外部の水素消費装置（ＦＣＶ及び水素自動車など）に対して水素を供給する水素供給装置（ここではディスペンサ）を接続することで、水素ステーションとして利用してよい。その他、水素供給システムよりも下流側に水素消費装置（電力発生装置など）を接続することで、直接的に水素消費装置に水素を供給してもよい。例えば、分散電源（例えば、家庭用電源や非常用電源など）のための水素供給システムとして利用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
２…脱水素反応器、５…水素精製器（精製部）、７…濃度計（異常検出部、検出器）、８…切替部（流通防止部）、９…吸着材、１０…バッファタンク、１１…第２コンプレッサ（圧縮部）、１５…第１圧力計（異常検出部、検出器）、１６…第２圧力計（異常検出部、検出器）、１７…第３圧力計（異常検出部、検出器）、１８…遮断部（流通防止部）、１００，２００…水素供給システム、１５０，２５０…水素ステーション、Ｌ２，Ｌ４…反応ガスライン、Ｌ５…オフガスライン、Ｌ６…精製ガスライン。
【図１】
2015189629.tif 000003
【図２】
2015189629.tif 000004