(57)【要約】本発明は、燃料補給ステーションでガス状水素を分配するための方法であって、分配前、最初の水素ストリームを少なくとも２つのストリームに分割することを含み、ここで該ストリームのうち少なくとも１つは、水素精製工程で精製される、上記方法を提供する。さらなる形態において、本発明は、ガス状水素を分配するためのシステムを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料補給ステーションでガス状水素を分配するための方法であって、該方法は、分配前に、最初の水素ストリームを少なくとも２つのストリームに分割することを含み、該ストリームのうち全てではないが少なくとも１つは、１つまたは複数の水素精製工程で精製される、上記方法。
【請求項２】
最初の水素ストリームを、供給源から低圧バッファタンクに通過させること、その後、該ストリームをコンプレッサーを介して高圧バッファタンクに通過させること、続いて該ストリームをチラーを介して最終的なディスペンサーに通過させることをさらに含み、ここで該方法は、水素ストリームの一部を分離して、低圧タンクの後に列をなして配置された精製装置に通過させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分離された水素の一部を、圧縮する前に、精製装置に通過させる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記水素が、水素の残りの部分を圧縮するためのものと同じコンプレッサーを使用して圧縮される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
分離された水素の一部の圧縮が、水素の残りの部分を圧縮する時間とは異なる時間に行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
システムが、可能な限り長い時間においてバッファタンクをフルに維持するスケジュールで稼働する、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
水素ストリームを最初にコンプレッサーに通過させ、その後、精製装置に通過させるために一部を分離する、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
分離された水素の一部を、その後、第二の高圧バッファタンクに送り、続いて、水素の残りの部分を冷却するのに使用されるものと同じチラーに通過させる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
分離された水素の一部の冷却が、水素の残りの部分を冷却する時間とは異なる時間に行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
システムが、可能な限り長い時間においてバッファタンクをフルに維持するスケジュールで稼働する、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
水素ストリームを最初にコンプレッサーと高圧バッファタンクの両方に通過させ、その後、精製装置に通過させるために一部を分離する、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
精製の後、分離された一部を、水素の残りの部分を冷却するのに使用されるのと同じチラーに通過させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
精製が、膜またはパラジウム触媒の使用を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
精製された水素には別個のディスペンサーが使用される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
ガス状水素を分配するためのシステムであって、該システムは、連続して並んだ以下の組み合わせ：低圧バッファタンク（ＬＰＢ）、コンプレッサー（Ｃｏｍｐ．）、高圧バッファタンク（ＨＰＢ）、チラー（Ｃｈ．）および少なくとも１つの最終的なディスペンサー（ｄｉｓｐ．）を含み、ここでＬＰＢ、Ｃｏｍｐ．およびＨＰＢのうち少なくとも１つは、２つの出口を有し、ここで一方の出口は水素ストリームの一部を分離するためのものであり、他方の出口は水素ストリームの残りの部分のためのものであり、ここで該システムは精製装置をさらに含み、ここで精製装置の入口は、ＬＰＢ、Ｃｏｍｐ．およびＨＰＢのうちの１つの、水素ストリームの分離された一部用の一方の出口の後に列をなして配置されている、上記システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１種より多くの品質の水素を分配するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素などの代替エネルギー源またはエネルギー担体の開発に多大な関心が寄せられている。燃料源として水素を使用する自動車および他の乗り物がこれまでに開発されており、さらに、これらの乗り物に燃料補給するための、規模および／またはコスト面でガソリンの燃料供給ステーションと競合可能な方法が設計されてきており、これらはさらに開発が進められている。
【０００３】
現在、配送経路（例えばトラックまたはパイプライン）および給油場での生産経路（例えば炭化水素の改質または水電解）などの、燃料補給ステーションへの可能性のある様々な水素のサプライチェーンがある。燃料電池車両用として純度が十分に高く、関連標準を満たす水素が（一般的にはガス状の形態で）ステーションにある１つまたはそれより多くの貯蔵タンクに配送され、次いで高圧バッファタンク中で圧縮され保存される。次いで水素は冷却され、分配される。単一のディスペンサーが、１本より多くのホースを有していてもよく、異なる純度の水素、または異なる圧力での水素を提供してもよい。水素源に応じて、燃料電池車両で使用するのに十分な純度の水素ストリームを生産するために燃料補給ステーションでの最初の精製工程が必要になることがある。
【０００４】
プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池で稼働する車は、純粋な水素の供給に頼っている。ある種の不純物（例えば不活性ガス）は、それらの存在は単に燃料中に存在する水素の比率、したがって車の効率を下げるという点で問題であるが、その他の不純物は燃料電池の寿命に関してより深刻な結果を招く。触媒の「被毒」（触媒表面への吸着、それにより活性部位の数が低下する）による累積的で不可逆的な効率低下は、例えば、極めて少量（ｐｐｍ）の硫黄によって引き起こされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料補給ステーションでの水素の純度の必要条件を規定する規格が開発中である。ＳＡＥ  Ｊ２７１９は、商業的なプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池車用の背景情報および水素燃料品質規格（「燃料電池車用の水素燃料の品質」）を提供する国際規格であり、以下の表で示されるような現在開発中のＩＳＯ１４６８７（「路上走行車両用のＰＥＭＦＣ用途のための水素燃料製品の仕様」）の出発点となっている。また商業的な水素供給元（リンデ（Linde））からの仕様も、情報として提供される。提唱されている規格における純度レベルは、燃料電池にとって許容できる寿命に見合っているが、不純物のレベルが低いほどよりいっそう有利になると予想されることは明らかである。
【０００６】
【表１】
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さらに、不純物レベルを低下させることが財政的に有利な可能性がある。計算によれば、例えば最小で０．２ｐｐｍ〜０．１ｐｐｍと提唱されているＩＳＯ１４６８７の燃料中のＣＯレベルの改善により、燃料の生涯コストを１％より多く削減できることが示される。これには資本およびメンテナンスコストの削減の可能性が含まれておらず、このようなコストの削減は、より純粋な水素の使用により、より低頻度のメンテナンスと組み合わせたより少ない触媒含量とより高い電流密度の使用が達成されることによって、利用できるようになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで、ステーションへの水素配送から客の乗り物への分配までの間にシステムに統合された精製方法によって、燃料補給ステーションに供給された水素の一部をクリーニングする可能性を提供する新しい方法が見出された。
【０００８】
したがって、本発明は、燃料補給ステーションでガス状水素を分配するための方法であって、該方法は、分配前、（例えばＰＥＭ燃料電池で使用するための、関連標準を満たす純度レベルで配送された）最初の水素ストリームを少なくとも２つのストリームに分割することを含み、ここで該ストリームのうち全てではないが少なくとも１つは、１つまたは複数の水素精製工程で精製される、上記方法を提供する。
【０００９】
本発明の方法は、２つの品質、すなわち主要なグレードとより高い純度を有する上級グレードの水素の販売を可能にする。この方法の一実施態様において、全ての供給された水素を精製して、最も高い品質の水素を得ることができる。
【００１０】
本発明のさらなる実施態様は、本発明の方法を行うためのシステムに関する。これは、ガス状水素を分配するためのシステムであり、該システムは、連続して並んだ以下の組み合わせ：低圧バッファタンク（ＬＰＢ）、コンプレッサー（Ｃｏｍｐ．）、高圧バッファタンク（ＨＰＢ）、チラー（Ｃｈ．）および少なくとも１つの最終的なディスペンサー（ｄｉｓｐ．）を含み、ここでＬＰＢ、Ｃｏｍｐ．およびＨＰＢのうち少なくとも１つは、２つの出口を有し、ここで一方は水素ストリームの一部を分離するためのものであり、他方は水素ストリームの残りの部分のためのものであり、該システムは、さらに精製装置を含み、精製装置の入口は、ＬＢＰ、Ｃｏｍｐ．およびＨＰＢのうちの少なくとも１つにおける１つの出口の後に列をなして配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１ａは、従来技術に係る燃料補給ステーションにおける水素フローの簡易化した概略図を示す。工業用純度の水素は、インプットから、場合によっては精製装置を介して（図１ｂを参照）（可能性としてはコンプレッサー、Ｃｏｍｐ．１を介してもよい）、低圧バッファタンク（２００〜３５０ｂａｒ）に、コンプレッサー（Ｃｏｍｐ．２）を介して高圧タンク（最大７００ｂａｒ）に、次いでチラーを通って最終的なディスペンサーに流れる。質量流量ならびに複数のディスペンサーおよび貯蔵タンクなどのオプションの詳細は、便宜上省略される。
【図２】図２は、低圧バッファタンク後の精製を例示する本発明に係るシステムの概略図を提供する。
【図３】図３は、圧縮工程後の精製を例示する本発明に係るシステムの概略図を提供する。
【図４】図４は、高圧バッファとディスペンサーとの間の精製を例示する本発明に係るシステムの概略図を提供する。
【図５】図５は、専用ユニットからの高純度水素の分配を例示する本発明に係るシステムの概略図を提供する（精製装置の位置はこれに限定されず、異なる位置にあってもよい）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書で説明される本発明は、様々な品質でガス状水素を分配するための方法を提供する。
【００１３】
本発明のさらなる実施態様において、本方法は、最初の水素ストリームを、供給源から（可能性としては、コンプレッサーを介してもよい）低圧バッファタンク（２００〜３５０ｂａｒ）に通過させること、その後、該ストリームをコンプレッサーを介して高圧バッファタンク（最大７００ｂａｒ）に通過させること、続いて該ストリームをチラーを介して最終的なディスペンサーに通過させることをさらに含み、ここで本方法は、水素ストリームの一部を分離して、低圧タンクの後に一列で配置された精製装置に通過させる工程をさらに含む。
【００１４】
本発明の他の実施態様において、本方法で分離された水素の一部を精製装置に通過させ、その後、該一部を、好ましくは水素の残りの部分を圧縮するために使用されるものと同じコンプレッサーを使用して圧縮する。
【００１５】
好ましくは、（関連標準を満たす純度レベルで配送された）最初の水素ストリームの５０％未満、一実施態様において２５％未満、他の実施態様において１０％未満の割合を、バルクの（低圧）貯蔵庫から取り出して、さらに精製する。次いで純粋なストリームを、好ましくは水素の残りと同じコンプレッサーを使用して（ただし異なる時間で）圧縮し、別個の高圧バッファ貯蔵庫で保存する（図２）。好ましくは、（第二の）コンプレッサーは、可能な限り長い時間において両方のバッファタンクをフルとするように維持するスケジュールで稼働するように適切に設計され、装置を最大限に活用するようにする。精製された水素ストリームを高圧貯蔵庫から同じクーラーに通過させて、主要なグレード（残りの水素ストリーム）と同じディスペンサーで分配できることから、客は、ディスペンサーで品質を選択できる。
【００１６】
好ましくは、精製は、分配ポイントと可能な限り近くで、すなわち（第二の）圧縮工程の後で実行される。したがって、さらなる実施態様は、水素ストリームを最初にコンプレッサーに通過させ、その後、精製装置に通過させるために一部を分離する方法に関する。好ましくは、分離された水素の一部を、その後、第二の高圧バッファタンクに送り、続いて該一部を、水素の残りの部分を冷却するのに使用されるものと同じチラーに通過させる（図３）。この方法において、水素の分離された一部の冷却が、水素の残りの部分の時間とは異なる時間に行われることが極めて好ましい。別の方式では、ストリームを混合して、１つのみのグレードの水素を分配してもよい。好ましくは、本システムは、可能な限り長い時間において全てのバッファタンクをフルに維持するスケジュールで稼働する。
【００１７】
よりいっそう分配ポイントに近くなるように、さらに後の段階で水素ストリームを分離して精製してもよい。したがって、別の実施態様において、水素ストリームを最初にコンプレッサーと高圧バッファタンクの両方に通過させ、その後、それを精製装置に通過させるために一部を分離する（図４）。
【００１８】
この方法において、分離された水素の一部の冷却が、水素の残りの部分の時間とは異なる時間に行われることが極めて好ましい。別の方式では、ストリームを混合して、１つのみのグレードの水素を分配してもよい。好ましくは、本システムは、可能な限り長い時間において全てのバッファタンクをフルに維持するスケジュールで稼働する。
【００１９】
本発明の他の実施態様において、精製された水素には別個のディスペンサーが使用される（図５を参照）。
【００２０】
本発明に係る水素の精製は、当業界公知の技術を使用して行われ、好ましくは、精製は、膜またはパラジウム触媒の使用を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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