(57)【要約】【課題】ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。【解決手段】脱水素反応器３Ａがエンジン１１からの熱を用いてＭＣＨを脱水素反応させることによって水素を得ることができる。このように、脱水素反応器３Ａの専用の加熱装置を用いるのではなく、他の用途にも利用可能なエンジン１１の熱を用いることで、ステーション内のエネルギー効率を上げることができる。更に、水素を圧縮する軸動力駆動型圧縮器８は、エンジン１１の軸動力によって駆動することができる。軸動力駆動型圧縮器８は、電力を介することなくエンジン１１の軸動力という物理的な力を直接用いることによって駆動することが可能となる。軸動力という直接的な力を用いる場合、一度電力に置き換えて駆動力を発生させる場合に比してエネルギーを効率よく用いることができる。【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ステーションであって、
軸動力と熱を発生する軸動力発生部と、
前記軸動力発生部から熱を供給され、原料を反応させることによって水素を得る反応器と、
前記反応器で得られた水素を圧縮する圧縮器と、を備え、
前記軸動力発生部は、他の機器を駆動させると共に、前記圧縮器へ軸動力を付与して駆動させることを特徴とする水素ステーション。
【請求項２】
前記軸動力発生部は、エンジンであることを特徴とする請求項１記載の水素ステーション。
【請求項３】
前記圧縮器は、自動車エンジン用の過給器によって構成されることを特徴とする請求項２記載の水素ステーション。
【請求項４】
前記原料は、有機ハイドライドであり、
前記反応器は、有機ハイドライドを脱水素反応させることによって水素を得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の水素ステーション。
【請求項５】
前記原料は、炭化水素原料であり、
前記反応器は、前記炭化水素原料を改質反応させることによって水素を得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の水素ステーション。
【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ステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素ステーションとして、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の水素ステーションは、有機ハイドライドを貯蔵する貯蔵タンクと、当該貯蔵タンクから供給された有機ハイドライドを脱水素反応させることによって水素を得る反応器と、反応器で得られた水素を精製する水素精製装置と、反応器を加熱するための発熱装置と、を備えている。この発熱装置として、燃焼バーナーが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５６３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の水素ステーションにあっては、反応器を加熱するために、燃焼バーナーが設けられている。当該燃焼バーナーは反応器の加熱のためだけに設けられたものであり、ステーション内での他の用途がなく、ステーション全体で見たときにエネルギーを効率的に利用できていない。一方、水素ステーションでは、反応器での反応後の水素に対し、水素精製工程が必要となる。このような水素精製を行う前段階において、水素の昇圧工程が必要となるため、反応器で得られた水素を圧縮する圧縮器が必要となる。この圧縮器を駆動させるために電力によって駆動する電動器が設けられるため、エネルギーが別途必要となる。以上のように、従来は、ステーション全体で見たときのエネルギー効率が低いという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる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】
本発明に係る水素ステーションは、水素の供給を行う水素ステーションであって、軸動力と熱を発生する軸動力発生部と、軸動力発生部から熱を供給され、原料を反応させることによって水素を得る反応器と、反応器で得られた水素を圧縮する圧縮器と、を備え、軸動力発生部は、他の機器を駆動させると共に、圧縮器へ軸動力を付与して駆動させることを特徴とする。
【０００７】
水素ステーションでは、反応器が軸動力発生部からの熱を用いて原料を反応させることによって水素を得ることができる。軸動力発生部は、熱のみならず軸動力を発生させることができるため、他の機器を駆動させることもできる。このように、反応器の専用の加熱装置を用いるのではなく、他の用途にも利用可能な軸動力発生部の熱を用いることで、ステーション内のエネルギー効率を上げることができる。更に、軸動力発生部は、水素を圧縮する圧縮器に軸動力を付与して駆動させることができる。すなわち、圧縮器を駆動させるための電動器などを省略する場合であっても、圧縮器は、電力を介することなく軸動力発生部の軸動力という物理的な力を直接用いることによって駆動することが可能となる。これによって、ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【０００８】
水素ステーションにおいて、軸動力発生部は、エンジンであることが好ましい。エンジンとしては、火花点火式エンジンやディーゼルエンジンが考えられるが、軸動力と熱を発生できるシステムであれば何でも適用可能である。エンジンを用いることにより、タービンなどと比較し、起動停止や負荷変動などの運転条件の変更への対応が容易になる。
【０００９】
水素ステーションにおいて、圧縮器は、自動車エンジン用の過給器によって構成されることが好ましい。自動車で用いられている機構は極めて効率がよく、そのような機構を用いることによって、ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
水素ステーションにおいて、例えば、原料は、有機ハイドライドであり、反応器は、有機ハイドライドを脱水素反応させることによって水素を得てもよい。または、原料は、炭化水素原料であり、反応器は、炭化水素原料を改質反応させることによって水素を得てもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水素ステーションの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る水素ステーション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】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る水素ステーションの構成を示すブロック図である。第一実施形態に係る水素ステーション１００は、有機ハイドライドを原料とするものである。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である。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ローリーなどによって水素ステーション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。水素ステーション１００は、燃料電池自動車や水素エンジン車に水素を供給することができる。また、水素ステーション１００は、有機ハイドライド自動車に有機ハイドライドを供給してもよい。
【００１５】
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、気化器２、脱水素反応器３Ａ、冷却器４、気液分離器６、トルエンタンク７、軸動力駆動型圧縮器８、水素精製器９、エンジン１１、ＭＣＨタンク１２、ＭＣＨポンプ１３、インジェクタ１４を備えて構成されている。
【００１６】
気化器２は、ＭＣＨポンプ１３の駆動によって、インジェクタ１４を介してＭＣＨタンク１２から供給されたＭＣＨを気化する機器である。気化されたＭＣＨは脱水素反応器３Ａへ供給される。
【００１７】
脱水素反応器３Ａ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３Ａ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。脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応器３Ａはエンジン１１から高温ガスを介して熱を供給される。脱水素反応器３Ａは、脱水素触媒中を流れるＭＣＨとエンジン１１からの高温ガスとの間で熱交換可能な機構を有している。脱水素反応器３Ａは、取り出した水素ガスを冷却器４へ供給する。
【００１８】
冷却器４は、脱水素反応器３で取り出された水素ガスを、気液分離し易くするために冷却する機器である。冷却器４は、脱水素反応部３Ａからの水素ガスの他、水素精製器９からのトルエンも冷却する。気液分離器６は、冷却器４で冷却された水素ガスとトルエンの混合物を貯留し、気体である水素ガスと液体であるトルエンを分離する。気液分離器６で分離されたトルエンは、トルエンタンク７で回収されて貯留される。気液分離器６で分離された水素ガスは、軸動力駆動型圧縮器８へ供給される。
【００１９】
軸動力駆動型圧縮器８は、脱水素反応器３Ａで得られて気液分離器６で分離された水素ガスを圧縮することのできる機器である。軸動力駆動型圧縮器８は、エンジン１１からの軸動力によって駆動するものである。軸動力駆動型圧縮器８は、圧縮した水素ガスを水素精製器９へ供給する。軸動力駆動型圧縮器８の詳細な説明については後述する。
【００２０】
水素精製器９は、供給前の水素ガスを更に精製することによって、純水素を得るための機器である。水素精製器９で採用される水素精製方法は特に限定されず、例えば、膜分離法やＰＳＡ法などを採用することができる。水素精製器９を加温する必要がある場合は、脱水素反応器３Ａの後段（例えば、図中の二点差線で示す位置）に設置することで加温することができる。水素精製器９で精製された純水素は、ディスペンサなどによって燃料電池車などへ供給される。水素精製器９で分離されたトルエンは、冷却器４へ供給される。
【００２１】
エンジン１１は、軸動力と熱を発生する機器である。エンジン１１は、電力ではなく、ガソリンなどの燃料によって動作する。このエンジン１１は、回転軸を回転させることによって発電器（不図示）を駆動させることでステーション内で電力を発生させる一方で、軸動力駆動型圧縮器８に軸動力を付与して駆動させる機能を有している。更に、エンジン１１は、例えば、排ガス用の配管を介して脱水素反応器３Ａと接続されることによって、脱水素反応器３Ａに排ガスを介して熱を供給する機能を有している。これによって、エンジン１１は、脱水素反応器３Ａに高温ガスを供給することによって、当該脱水素反応器３Ａに熱を供給することができる。また、エンジン１１で駆動される発電器は、発生させた電力を水素ステーション１００の他の機器に供給することができる（なお、水素ステーション１００内の各機器は、外部の系統電力から電力を供給されることもできる）。エンジン１１は、発電器の他、ポンプ、エアコンプレッサなどを駆動させるための動力として設けられていてもよい。
【００２２】
また、エンジン１１で発生した加熱用高温ガスは、脱水素反応器３Ａへ熱を供給した後、水素精製器９へ熱を供給し、更に、気化器２へも熱を供給する。このように、発電と共に発生した熱を有効に利用することで、ステーション全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００２３】
軸動力駆動型圧縮器８は、電力によって駆動する電動器から駆動力を得るものではなく、エンジン１１で発生した軸動力という直接的な物理力によって駆動するものである。軸動力駆動型圧縮器８がエンジン１１の軸動力を取り出すための機構は特に限定されない。例えば、軸動力駆動型圧縮器８のシャフトの先端にプーリーを取り付け、当該プーリーとエンジンのシャフトとをベルトを介して接続することによって、エンジン１１の軸動力を取り出してもよい。あるいは、クランクシャフトやギアを介してエンジン１１の軸動力を取り出してもよい。あるいは、エンジン１１のシャフトをそのまま延ばし、軸動力駆動型駆動器８のシャフトと共用することで、エンジンのシャフトの回転をそのまま軸動力駆動型圧縮器８の駆動に用いてもよい。軸動力駆動型圧縮器８は、水素ガスを０．２〜０．５ＭＰａに加圧することができる。このレベルの加圧を行うためには、エンジン１１から直接軸動力を得る機構で十分に、所望の圧力を得ることができる。
【００２４】
軸動力駆動型圧縮器８として、例えば、自動車エンジン用の過給器（スーパーチャージャー）を用いてもよい。スーパーチャージャーを用いることにより、自動車で用いられているようなエンジンとスーパーチャージャーとの機構をそのまま水素ステーション１００に適用することが可能となる。自動車におけるエンジン関連の機構は効率がよく、そのような高効率な機構を用いることで、ステーション内のエネルギー効率を上げることができる。その他、軸動力駆動型圧縮器８として、遠心圧縮器や軸流圧縮器、往復圧縮器を採用することができる。
【００２５】
なお、軸動力駆動型圧縮器８とは別に、補助用の圧縮器として電動器にて駆動するものを設けてもよいが、ステーション内の駆動部を減らすことができるため、軸動力駆動型圧縮器８のみ設けられていることが好ましい。
【００２６】
次に、本実施形態に係る水素ステーション１００の作用・効果について説明する。
【００２７】
本実施形態に係る水素ステーション１００では、脱水素反応器３Ａがエンジン１１からの熱を用いてＭＣＨを脱水素反応させることによって水素を得ることができる。エンジン１１は、熱のみならず軸動力を発生させることができるため、発電器など他の機器を駆動させることもできる。このように、脱水素反応器３Ａの専用の加熱装置を用いるのではなく、他の用途にも利用可能なエンジン１１の熱を用いることで、ステーション内のエネルギー効率を上げることができる。更に、水素を圧縮する軸動力駆動型圧縮器８は、エンジン１１の軸動力によって駆動することができる。すなわち、昇圧用の圧縮器を駆動させるための電動器などが無い場合であっても、軸動力駆動型圧縮器８は、電力を介することなくエンジン１１の軸動力という物理的な力を直接用いることによって駆動することが可能となる。軸動力という直接的な力を用いる場合、一度電力に置き換えて駆動力を発生させる場合に比してエネルギーを効率よく用いることができる。これによって、ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【００２８】
［第二実施形態］
図２は、本発明の第二実施形態に係る水素ステーションの構成を示すブロック図である。第二実施形態に係る水素ステーション２００は、原料として炭化水素原料を用い、改質反応によって水素を得る点で第一実施形態に係る水素ステーション１００と主に相違する。
【００２９】
炭化水素原料として、都市ガスやＬＰガス、ナフサや灯油を適用することができる。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態に係る水素ステーション２００は、気化器２、水蒸気改質反応器３Ｂ、冷却器４、気液分離器６、水タンク２１、軸動力駆動型圧縮器８、水素精製器９、エンジン１１、炭化水素原料供給部２２、炭化水素原料用流量計２３、水供給部２４、水用流量計２６を備えて構成されている。なお、気化器２、冷却器４、気液分離器６、軸動力駆動型圧縮器８、水素精製器９、エンジン１１は、第一実施形態に係る水素ステーション１００と同様の構成を有する。
【００３１】
水蒸気改質反応器３Ｂは、炭化水素原料を水蒸気改質反応させることによって水素を得る機器である。水蒸気改質反応器３Ｂは、水蒸気改質触媒を用いた水蒸気改質反応によって炭化水素原料から水素を生成する機器である。水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、水蒸気改質反応部３Ｂは、エンジン１１から高温ガスを介して熱を供給される。水蒸気改質反応器３Ｂは、水蒸気改質触媒中を流れる炭化水素原料とエンジン１１からの高温ガスとの間で熱交換可能な機構を有している。水蒸気改質反応器３Ｂは、取り出した水素ガスを冷却器４へ供給する。
【００３２】
この水素ガスは、冷却器４を介して気液分離器６へ供給され、水素ガスと水に分離されて、水は水タンク２１に貯留される。
【００３３】
本実施形態に係る水素ステーション２００では、水蒸気改質反応器３Ｂがエンジン１１からの熱を用いて炭化水素原料を水蒸気改質反応させることによって水素を得ることができる。エンジン１１は、熱のみならず軸動力を発生させることができるため、発電器など他の機器を駆動させることもできる。このように、水蒸気改質反応器３Ｂの専用の加熱装置を用いるのではなく、他の用途にも利用可能なエンジン１１の熱を用いることで、ステーション内のエネルギー効率を上げることができる。更に、水素を圧縮する軸動力駆動型圧縮器８は、エンジン１１の軸動力によって駆動することができる。すなわち、昇圧用の圧縮器を駆動させるための電動器などが無い場合であっても、軸動力駆動型圧縮器８は、電力を介することなくエンジン１１の軸動力という物理的な力を直接用いることによって駆動することが可能となる。軸動力という直接的な力を用いる場合、一度電力に置き換えて駆動力を発生させる場合に比してエネルギーを効率よく用いることができる。これによって、ステーション全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
【００３４】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
軸動力発生部としてエンジンを例示したが、熱を供給すると共に軸動力を発生できるものであれば何でもよく、例えば、タービンであってもよい。ただし、タービンでなくエンジンを用いた場合、水素ステーションで想定される運転方法であるデイリースタートアンドシャットダウンに見られるような日々の起動停止運転、あるいは要求水素量に応じて、水素発生量を変化させることが可能な負荷変動運転などへの対応が容易になるというメリットがある。
【符号の説明】
【００３６】
３Ａ…脱水素反応部（反応部）、３Ｂ…水蒸気改質反応部（反応部）、８…軸動力駆動型圧縮器（圧縮器）、９…水素精製器、１１…エンジン（軸動力発生部）。
【図１】
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【図２】
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