JP6385305B2 - Hydrogen station - Google Patents
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Description
本発明は、水素ステーションに関し、特に、水素輸送用容器(水素トレーラ、カードルなど)から水素貯蔵用容器への充填用の圧縮手段、及び、水素貯蔵用容器からディスペンサー用の蓄圧器への充填用の圧縮手段を備える水素ステーションに関する。 The present invention relates to a hydrogen station, and in particular, a compression means for filling a hydrogen storage container (hydrogen trailer, curdle, etc.) into a hydrogen storage container, and filling from a hydrogen storage container to a pressure accumulator for a dispenser. It is related with the hydrogen station provided with the compression means.
特許文献1には、多段の水素圧縮機、特に圧縮前の水素を中間段に選択的に供給可能とすることで、圧縮段数を可変とした可変段圧縮機を備える水素ステーションが開示されている。
そして、特許文献1に開示の水素ステーションでは、水素発生装置又は水素カードルからの水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に供給する際に、水素発生装置からの低圧の水素を圧縮する場合は、水素を多段圧縮機の初段に供給し、水素カードルからの中圧の水素を圧縮する場合は、水素を多段圧縮機の中間段に供給することで、可変段で圧縮している。
And in the hydrogen station disclosed in
ところで、水素トレーラ、カードルなどの水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填し、水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する水素ステーションでは、水素貯蔵用容器への充填用と、蓄圧器への充填用とに、それぞれ圧縮機が必要となり、設備コストが大となる。 By the way, hydrogen supplied from a hydrogen transport container such as a hydrogen trailer or a curdle is compressed and filled into a hydrogen storage container, and the hydrogen supplied from the hydrogen storage container is compressed and filled into a pressure accumulator for a dispenser. In the hydrogen station, a compressor is required for filling the hydrogen storage container and for filling the pressure accumulator, respectively, which increases the equipment cost.
本発明は、このような実状に鑑み、特許文献1に記載のような可変段圧縮機を利用し、単一の可変段圧縮機で、水素貯蔵容器への充填と蓄圧器への充填とを行うことができる水素ステーションを提供することを第1の課題とする。
In view of such a situation, the present invention uses a variable stage compressor as described in
また、従来の水素ステーションでは、圧縮機とその前段の容器との間に水素の圧力を例えば0.6MPa程度まで減圧する減圧弁を備えている。これは、水素の運用効率を向上させるべく圧縮機の前段の容器内が極低圧となるまで水素を払い出しても、要求圧力まで圧縮可能なように圧縮段数が設定されることから、圧縮機の前段の容器内の圧力が高いときに過圧縮とならないように、圧縮機の入口側の圧力を減圧するためである。しかし、その分、要求圧力まで圧縮するために、圧縮コスト(圧縮機駆動のための消費電力)が嵩んでしまう。 Further, the conventional hydrogen station is provided with a pressure reducing valve for reducing the pressure of hydrogen to about 0.6 MPa, for example, between the compressor and the container in the preceding stage. This is because the number of compression stages is set so that compression is possible to the required pressure even if hydrogen is discharged until the inside of the container in the front stage of the compressor becomes extremely low pressure in order to improve the operation efficiency of hydrogen. This is because the pressure on the inlet side of the compressor is reduced so that overcompression does not occur when the pressure in the previous vessel is high. However, the compression cost (power consumption for driving the compressor) increases due to the compression to the required pressure.
本発明は、このような問題にも対処可能とするため、水素ステーションにおいて、圧縮機の前段の容器内の圧力の変化(低下)に応じた最適な圧縮機の制御を可能とするシステムを構築することを第2の課題とする。 In order to cope with such a problem, the present invention constructs a system that enables optimum control of the compressor in response to a change (decrease) in the pressure in the vessel in front of the compressor at the hydrogen station. This is a second problem.
上記第1の課題を解決するために、本発明では、水素輸送用容器から供給される水素を圧縮して水素貯蔵用容器に充填する第1の圧縮手段と、前記水素貯蔵用容器から供給される水素を圧縮してディスペンサー用の蓄圧器に充填する第2の圧縮手段と、を備える水素ステーションにおいて、前記第1及び第2の圧縮手段は、複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、前記可変段圧縮機を前記第1の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第1の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第2の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、を含んで構成され、前記第1の接続形態と前記第2の接続形態とで、前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる。
具体的には、前記第1の接続形態では、前記第2の接続形態と比べ、前記可変段圧縮機の圧縮段数を小さくする。
In order to solve the first problem, in the present invention, the first compression means for compressing the hydrogen supplied from the hydrogen transport container and filling the hydrogen storage container and the hydrogen storage container are supplied. And a second compression unit that compresses hydrogen into a pressure accumulator for a dispenser, and the first and second compression units have a plurality of compression stages and the number of compression stages is variable. A single variable stage compressor, and the hydrogen transport container is connected to the inlet side of the variable stage compressor so as to use the variable stage compressor as the first compression means, and the variable stage compression is performed. A first connection configuration in which the hydrogen storage container is piped to the outlet side of the machine, and the variable stage compressor is used on the inlet side of the variable stage compressor so as to use the variable stage compressor as the second compression means. Connect the hydrogen storage container by piping, A connection switching device capable of selectively switching the second connection configuration in which the pressure accumulator is pipe-connected to the outlet side of the variable-stage compressor, and includes the first connection configuration and the first connection configuration. 2, the number of compression stages of the variable stage compressor is changed.
Specifically, in the first connection form, the number of compression stages of the variable stage compressor is made smaller than that in the second connection form.
また、上記第2の課題を解決するために、本発明では、前記第1及び第2の圧縮手段は、前記水素輸送用容器内の圧力を検出する第1の圧力検出装置と、前記水素貯蔵用容器内の圧力を検出する第2の圧力検出装置と、前記水素輸送用容器内の圧力に応じて、前記第1の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第1の圧縮段数制御装置と、前記水素貯蔵用容器内の圧力に応じて、前記第2の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第2の圧縮段数制御装置と、を更に含んで構成される。具体的には、圧力が高いほど圧縮段数を小さくし、圧力が低下するに伴って圧縮段数を大きくする。 In order to solve the second problem, in the present invention, the first and second compression means include a first pressure detection device that detects a pressure in the hydrogen transport container, and the hydrogen storage. And a second pressure detecting device for detecting the pressure in the container, and the number of compression stages of the variable stage compressor when used as the first compression means is changed according to the pressure in the hydrogen transport container. A first compression stage number control device and a second compression stage number control device that changes the number of compression stages of the variable stage compressor when used as the second compression means according to the pressure in the hydrogen storage container. And further comprising. Specifically, the higher the pressure, the smaller the number of compression stages, and the greater the pressure, the larger the number of compression stages.
本発明によれば、水素輸送用容器から水素貯蔵用容器への充填と、水素貯蔵用容器から蓄圧器への充填とを、1つの圧縮機で賄うことができ、しかも、それぞれに適した圧縮段数で圧縮を行うことができ、設備コストの低減等を図ることができる。 According to the present invention, the filling from the hydrogen transport container to the hydrogen storage container and the filling from the hydrogen storage container to the pressure accumulator can be covered by a single compressor, and compression suitable for each is provided. Compression can be performed by the number of stages, and the equipment cost can be reduced.
また、圧縮機の前段の容器内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができ、最適な圧縮機の制御が可能となる。 Also, by detecting the pressure in the container at the front stage of the compressor and controlling the number of compression stages accordingly, when the pressure is high, the number of compression stages is reduced to reduce the compression cost. When the pressure decreases, the number of compression stages can be increased to ensure the required filling pressure, and optimal compressor control is possible.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a system diagram of a hydrogen station showing a first embodiment of the present invention.
本実施形態の水素ステーションには、外部から、水素輸送用容器を用いて、水素が搬入される。水素輸送用容器としては、大型のボンベを束ねて搭載した自走式の水素トレーラ、又は、車両により搬送されて荷卸しされる小型のボンベ(シリンダ)を束ねた形の水素カードルなどがあり、特に限定されるものではない。但し、以下の説明では、便宜上、水素トレーラ1を用いるものとして説明する。
Hydrogen is carried into the hydrogen station of the present embodiment from the outside using a hydrogen transport container. Examples of the hydrogen transport container include a self-propelled hydrogen trailer in which large cylinders are bundled and mounted, or a hydrogen curdle in which small cylinders (cylinders) that are transported and unloaded by vehicles are bundled. It is not particularly limited. However, in the following description, it demonstrates as what uses the
本実施形態の水素ステーションは、水素トレーラ1から供給される水素を中圧(例えば45MPa)で貯蔵する、全体として大容量の、水素貯蔵用容器(以下単に「貯蔵用容器」という)2と、ディスペンサー4により燃料電池自動車(FCV)5へ供給する高圧(例えば82MPa)の水素を蓄圧する、全体として小容量の、蓄圧器3と、を備える。
The hydrogen station of this embodiment stores hydrogen supplied from the
貯蔵用容器2へは、水素トレーラ1が到着したときに、水素トレーラ1から供給される水素を圧縮して充填する。
蓄圧器3へは、ディスペンサー4によるFCV5への充填ごと、又は蓄圧器3内の水素が所定量消費されるごとなどに、貯蔵用容器2から供給される水素を圧縮して充填する。
ここで、貯蔵用容器2への圧縮充填、及び、蓄圧器3への圧縮充填のため、単一の可変段圧縮機6が用いられる。
When the
The pressure accumulator 3 is compressed and filled with hydrogen supplied from the
Here, a single
可変段圧縮機6は、複数のレシプロ型の圧縮段(本実施形態では第1〜第5シリンダ)を有すると共に圧縮段数が可変である。
可変段圧縮機6は、具体的には、中央のクランク式回転駆動部10の回りに半径方向に放射状に第1〜第5シリンダ11〜15を有し、各シリンダ11〜15内にはクランク式回転駆動部10のクランク軸により駆動されて往復動するピストン(図示せず)を有している。そして、各シリンダ11〜15のシリンダヘッドとピストンとの間にポンプ室(図示せず)が形成され、各ポンプ室には吸入ポートa1〜a5と吐出ポートb1〜b5とが設けられている。尚、吸入ポートa1〜a5及び吐出ポートb1〜b5にはそれぞれ一方向弁(図示せず)が装着されている。
The
Specifically, the variable-
そして、前段のシリンダ11〜14の吐出ポートb1〜b4と後段のシリンダ12〜15の吸入ポートa2〜a5とを連通路c1〜c4により接続することで、5段の圧縮機を構成している。
この5段の圧縮機は、第1シリンダ11の吸入ポートa1から水素を吸入し、5段で圧縮して、第5シリンダ15の吐出ポートb5から吐出する。
Then, the discharge ports b1 to b4 of the
The five-stage compressor sucks hydrogen from the suction port a1 of the
一方、第2シリンダ12の吸入ポートa2への連通路c1に切換弁d2を設けて、4段用吸入通路e2を接続することで、4段の圧縮機を構成可能としている。
4段の圧縮機として使用する場合は、4段用吸入通路e2及び切換弁d2を用いて、第2シリンダ12の吸入ポートa2から水素を吸入し、4段で圧縮して、第5シリンダ15の吐出ポートb5から吐出する。この場合、使用しない圧縮段(第1シリンダ11)については、負荷をより低減するように、吸入側と吐出側とを連通させるなどするとよい。
On the other hand, a switching valve d2 is provided in the communication path c1 to the suction port a2 of the
When the compressor is used as a four-stage compressor, hydrogen is sucked from the suction port a2 of the
言い換えれば、可変段圧縮機6は、圧縮前の水素を、第1圧縮段である第1シリンダ11、又は、これより後段の第2シリンダ12に、選択的に吸入可能に構成することで、可変段(5段圧縮機及び4段圧縮機)を実現している。
In other words, the
ここにおいて、可変段圧縮機6の第2シリンダ12の吸入ポートa2に切換弁d2を介してつながる4段用吸入通路e2には、入口側から順に、水素トレーラ1との接続用のカップリング20、開閉弁21、減圧弁22が設けられる。
従って、水素トレーラ1は、開閉弁21、減圧弁22を介して、可変段圧縮機6の4段用吸入通路e2(第2シリンダ12の吸入ポートa2)に接続される。減圧弁22の減圧圧力は例えば0.6MPaに設定される。
Here, a four-stage intake passage e2 connected to the intake port a2 of the
Accordingly, the
貯蔵用容器2の出口側は、開閉弁23、減圧弁24を介して、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1に接続される。減圧弁24の減圧圧力は例えば0.6MPaに設定される。
The outlet side of the
可変段圧縮機6の最終圧縮段である第5シリンダ15の吐出ポートb5からの出口配管は、2つに分岐し、一方は開閉弁25、減圧弁26を介して、貯蔵用容器2の入口側に接続され、他方は開閉弁27、減圧弁28を介して、蓄圧器3の入口側に接続される。減圧弁26の減圧圧力は貯蔵用容器2の要求圧力に応じて例えば45MPaに設定される。減圧弁28の減圧圧力は蓄圧器3の要求圧力に応じて例えば82MPaに設定される。
The outlet pipe from the discharge port b5 of the
開閉弁21、23、25、27及び切換弁d2は、制御装置30により制御される。
制御装置30は、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時に、開閉弁21、25を開き、切換弁d2を4段用吸入通路e2と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁23、27は閉状態に保持される。
制御装置30は、また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、開閉弁23、27を開き、切換弁d2を第1シリンダ11の吐出ポートb1と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁21、25は閉状態に保持される。
The on-off
The
The
従って、開閉弁21、25及び開閉弁23、27は、可変段圧縮機6を貯蔵用容器2充填用の第1の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機6の入口側に水素トレーラ1を配管接続し、可変段圧縮機6の出口側に貯蔵用容器2を配管接続する第1の接続形態、及び、可変段圧縮機6を蓄圧器3充填用の第2の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機6の入口側に貯蔵用容器2を配管接続し、可変段圧縮機6の出口側に蓄圧器3を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置に相当する。
また、前記第1の接続形態と前記第2の接続形態とで、可変段圧縮機6の圧縮段数を変化させる。具体的には、前記第1の接続形態では、前記第2の接続形態と比べ、可変段圧縮機6の圧縮段数を小さくする。
Therefore, the on-off
Further, the number of compression stages of the
次に第1実施形態の作用を説明する。
水素トレーラ1が到着すると、水素トレーラ1は荷卸しのためカップリング20に接続される。このとき、制御装置30によって、開閉弁21、25が開き、切換弁d2は4段用吸入通路e2と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通する位置に切換えられる。尚、開閉弁23、27は閉じている。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
When the
このとき、水素トレーラ1内の水素は、開閉弁21を通って減圧弁22で例えば0.6MPaまで減圧された後、切換弁d2を通って可変段圧縮機6の第2シリンダ12に吸入される。これにより、水素は第2〜第5シリンダ12〜15により4段で圧縮される。例えば、1段当たりの圧縮比を3.0とすると、4段で81倍となり、0.6MPaから48.6MPaまで昇圧される。
At this time, the hydrogen in the
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5より吐出された水素は、開閉弁25を通って減圧弁26で例えば45MPaまで減圧された後、貯蔵用容器2内に充填される。
The hydrogen discharged from the discharge port b5 of the
貯蔵用容器2内に貯蔵されている中圧の水素を高圧にして蓄圧器3に蓄圧する際は、制御装置30によって、開閉弁23、27を開き、切換弁d2を第1シリンダ11の吐出ポートb1と第2シリンダ12の吸入ポートa2とを連通する位置に切換える。尚、開閉弁21、25は閉じている。
When the intermediate pressure hydrogen stored in the
このとき、貯蔵用容器2内の水素は、開閉弁23を通って減圧弁24で例えば0.6MPaまで減圧された後、可変段圧縮機6の第1シリンダ11に吸入される。これにより、水素は第1〜第5シリンダ11〜15により5段で圧縮される。例えば、1段当たりの圧縮比を3.0とすると、5段で243倍となり、0.6MPaから145.8MPaまで昇圧される。
At this time, the hydrogen in the
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5より吐出された水素は、開閉弁27を通って減圧弁28で例えば82MPaまで減圧された後、蓄圧器3内に充填される。
蓄圧器3内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー4により、FCV5に差圧充填される。
The hydrogen discharged from the discharge port b5 of the
The high-pressure hydrogen accumulated in the accumulator 3 is appropriately filled into the
本実施形態によれば、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への充填と、貯蔵用容器2から蓄圧器3への充填とを、1つの圧縮機6で賄うことができ、しかも、それぞれに適した圧縮段数で圧縮を行うことができ、設備コストの低減等を図ることができる。
According to the present embodiment, the filling from the
また、本実施形態では、水素トレーラ1から可変段圧縮機6への入口配管、及び、貯蔵用容器2から可変段圧縮機6への入口配管のそれぞれに、可変段圧縮機6の入口側要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁22、24を有する。これにより、圧縮コストは増大するものの、水素トレーラ1や貯蔵用容器2から水素を十分に払い出すことができ、水素の運用効率が向上する。
Further, in the present embodiment, the inlet side request of the
また、本実施形態では、可変段圧縮機6から貯蔵用容器2への出口配管、及び、可変段圧縮機6から蓄圧器3への出口配管のそれぞれに、貯蔵用容器2及び蓄圧器3の要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁26、28を有する。これにより、貯蔵用容器2及び蓄圧器3の要求圧力を確実に実現することができる。
Further, in the present embodiment, the
図2は本発明の第2実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。図2において、図1と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、異なる要素について説明する。 FIG. 2 is a system diagram of a hydrogen station showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different elements are described.
本実施形態では、圧縮機6の第4シリンダ14の吐出ポートb4からの連通路c4に切換弁f4を設けて、4段用吐出通路g4を接続することで、4段の圧縮機を構成可能としている。
4段の圧縮機として使用する場合は、第1シリンダ11の吸入ポートa1から水素を吸入し、4段で圧縮して、第4シリンダ14の吐出ポートb4から、切換弁f4及び4段用吐出通路g4を用いて、吐出する。
In the present embodiment, a four-stage compressor can be configured by providing a switching valve f4 in the communication path c4 from the discharge port b4 of the
When used as a four-stage compressor, hydrogen is sucked from the suction port a1 of the
言い換えれば、本実施形態の可変段圧縮機6は、圧縮後の水素を、最終圧縮段である第5シリンダ15、又は、これより前段の第4シリンダ14から、選択的に吐出可能に構成することで、可変段(5段圧縮機及び4段圧縮機)を実現している。
In other words, the
ここにおいて、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1への入口配管は、2つに分岐し、一方の分岐路には、入口側から順に、水素トレーラ1との接続用のカップリング20、開閉弁21、減圧弁22が設けられる。
従って、水素トレーラ1は、開閉弁21、減圧弁22を介して、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1に接続される。減圧弁22の減圧圧力は例えば0.6MPaに設定される。
Here, the inlet piping to the suction port a1 of the
Accordingly, the
そして、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1への入口配管の他方の分岐路には、貯蔵用容器2の出口側が開閉弁23、減圧弁24を介して接続される。減圧弁24の減圧圧力は例えば0.6MPaに設定される。
The outlet side of the
可変段圧縮機6の第4シリンダ14の吐出ポートb4に切換弁f4を介してつながる4段用吐出通路g4は、開閉弁25、減圧弁26を介して、貯蔵用容器2の入口側に接続される。減圧弁26の減圧圧力は貯蔵用容器2の要求圧力に応じて例えば45MPaに設定される。
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5からの出口配管は、開閉弁27、減圧弁28を介して、蓄圧器3の入口側に接続される。減圧弁28の減圧圧力は蓄圧器3の要求圧力に応じて例えば82MPaに設定される。
A four-stage discharge passage g4 connected to the discharge port b4 of the
The outlet pipe from the discharge port b5 of the
開閉弁21、23、25、27及び切換弁f4は、制御装置30により制御される。
制御装置30は、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時に、開閉弁21、25を開き、切換弁f4を第4シリンダ14の吐出ポートb4と4段用吐出通路g4とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁23、27は閉状態に保持される。
制御装置30は、また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、開閉弁23、27を開き、切換弁f4を第4シリンダ14の吐出ポートb4と第5シリンダ15の吸入ポートa5とを連通させる位置に切換える。このとき、開閉弁21、25は閉状態に保持される。
The on-off
The
The
次に第2実施形態の作用を説明する。
水素トレーラ1が到着すると、水素トレーラ1は荷卸しのためカップリング20に接続される。このとき、制御装置30によって、開閉弁21、25が開き、切換弁f4は第4シリンダ14の吐出ポートb4と4段用吐出通路g4とを連通する位置に切換えられる。尚、開閉弁23、27は閉じている。
Next, the operation of the second embodiment will be described.
When the
このとき、水素トレーラ1内の水素は、開閉弁21を通って減圧弁22で例えば0.6MPaまで減圧された後、可変段圧縮機6の第1シリンダ11に吸入される。これにより、水素は第1〜第4シリンダ11〜14により4段で圧縮される。
At this time, the hydrogen in the
可変段圧縮機6の第4シリンダ14の吐出ポートb4より吐出された水素は、切換弁f4、4段用吐出通路g4、開閉弁25を通って減圧弁26で例えば45MPaまで減圧された後、貯蔵用容器2内に充填される。
The hydrogen discharged from the discharge port b4 of the
貯蔵用容器2内に貯蔵されている中圧の水素を高圧にして蓄圧器3に蓄圧する際は、制御装置30によって、開閉弁23、27を開き、切換弁f4を第4シリンダ14の吐出ポートb4と第5シリンダ15の吸入ポートa5とを連通する位置に切換える。尚、開閉弁21、25は閉じている。
When the intermediate pressure hydrogen stored in the
このとき、貯蔵用容器2内の水素は、開閉弁23を通って減圧弁24で例えば0.6MPaまで減圧された後、可変段圧縮機6の第1シリンダ11に吸入される。これにより、水素は第1〜第5シリンダ11〜15により5段で圧縮される。
At this time, the hydrogen in the
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5より吐出された水素は、開閉弁27を通って減圧弁28で例えば82MPaまで減圧された後、蓄圧器3内に充填される。
蓄圧器3内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー4により、FCV5に差圧充填される。
The hydrogen discharged from the discharge port b5 of the
The high-pressure hydrogen accumulated in the accumulator 3 is appropriately filled into the
第2実施形態によれば、第1実施形態とほぼ同様の効果が得られる。 According to the second embodiment, substantially the same effect as the first embodiment can be obtained.
図3は本発明の第3実施形態を示す水素ステーションのシステム図である。図3において、図1と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、異なる要素について説明する。 FIG. 3 is a system diagram of a hydrogen station showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different elements are described.
本実施形態では、圧縮機6の第2シリンダ12の吸入ポートa2への連通路c1に切換弁d2を設けて、4段用吸入通路e2を接続することで、4段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機6の第3シリンダ13の吸入ポートa3への連通路c2に切換弁d3を設けて、3段用吸入通路e3を接続することで、3段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機6の第4シリンダ14の吸入ポートa4への連通路c3に切換弁d4を設けて、2段用吸入通路e4を接続することで、2段の圧縮機を構成可能としている。
また、圧縮機6の第5シリンダ14の吸入ポートa5への連通路c4に切換弁d5を設けて、1段用吸入通路e5を接続することで、1段の圧縮機を構成可能としている。
In the present embodiment, a four-stage compressor can be configured by providing a switching valve d2 in the communication path c1 to the suction port a2 of the
Further, a switching valve d3 is provided in the communication path c2 to the suction port a3 of the
In addition, a switching valve d4 is provided in the communication path c3 to the suction port a4 of the
Further, a switching valve d5 is provided in the communication path c4 to the suction port a5 of the
言い換えれば、可変段圧縮機6は、圧縮前の水素を、第1圧縮段である第1シリンダ11、又は、これより後段の第2〜第5シリンダ12〜15に、選択的に吸入可能に構成することで、可変段(5段圧縮機〜1段圧縮機)を実現している。
In other words, the variable-
ここにおいて、水素トレーラ1との接続用のカップリング20からの水素通路には、カップリング20側から順に、圧力センサ31、開閉弁21が設けられ、これらの下流側は、この例では4つに分岐して、それぞれに開閉弁42〜45と減圧弁52〜55とが設けられる。尚、開閉弁42〜45は開閉弁21の開時にいずれか1つが選択的に開となる。
そして、各減圧弁52〜55(各開閉弁42〜45)の下流側は、可変段圧縮機6の第2〜第5シリンダ12〜15の吸入ポートa2〜a5に切換弁d2〜d5を介してつながる4段〜1段用吸入通路e2〜e5(又はその一方の分岐路)に接続されている。
減圧弁52の減圧圧力は例えば0.6MPa、減圧弁53の減圧圧力は例えば1.8MPa、減圧弁54の減圧圧力は例えば5.4MPa、減圧弁55の減圧圧力は例えば16.2MPaに設定される。但し、減圧弁52〜55は省略可能である。
Here, in the hydrogen passage from the
And the downstream side of each pressure-reduction valve 52-55 (each on-off valve 42-45) is connected to the suction ports a2-a5 of the 2nd-5th cylinders 12-15 of the
The pressure reducing pressure of the
貯蔵用容器2の出口側には、圧力センサ32、開閉弁23が順に設けられ、これらの下流側は、この例では3つに分岐して、それぞれに開閉弁61〜63と減圧弁71〜73とが設けられる。尚、開閉弁61〜63は開閉弁23の開時にいずれか1つが選択的に開となる。
そして、減圧弁71(開閉弁61)の下流側は、可変段圧縮機6の第1シリンダ11の吸入ポートa1に直接接続され、減圧弁72、73(開閉弁62、63)の下流側は、可変段圧縮機6の第2、第3シリンダ12、13の吸入ポートa2、a3に切換弁d2、d3を介してつながる4段、3段用吸入通路e2、e3の他方の分岐路に接続されている。
減圧弁71の減圧圧力は例えば0.6MPa、減圧弁72の減圧圧力は例えば1.8MPa、減圧弁73の減圧圧力は例えば5.4MPaに設定される。但し、減圧弁71〜73は省略可能である。
A
The downstream side of the pressure reducing valve 71 (open / close valve 61) is directly connected to the suction port a1 of the
The pressure reducing pressure of the
可変段圧縮機6の最終圧縮段である第5シリンダ15の吐出ポートb5からの出口配管は、2つに分岐し、一方は開閉弁25、減圧弁26を介して、貯蔵用容器2の入口側に接続され、他方は開閉弁27、減圧弁28を介して、蓄圧器3の入口側に接続される。減圧弁26の減圧圧力は貯蔵用容器2の要求圧力に応じて例えば45MPaに設定される。減圧弁28の減圧圧力は蓄圧器3の要求圧力に応じて例えば82MPaに設定される。
The outlet pipe from the discharge port b5 of the
開閉弁21、23、25、27、42〜45、61〜63及び切換弁d2〜d5は、制御装置30により制御される。
圧力センサ31は、第1の圧力検出装置として、水素トレーラ1内の水素の圧力を検出する。圧力センサ32は、第2の圧力検出装置として、貯蔵用容器2内の水素の圧力を検出する。これらの圧力センサ31、32の検出信号は制御装置30に入力される。
The on-off
The
制御装置30は、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時に、開閉弁21、25を開くと共に、圧力センサ31により検出される水素トレーラ1内の水素圧力に応じて、目標とする45MPa以上の圧縮後圧力を得るように、圧縮段数を定めて、開閉弁42〜45のいずれか1つを選択的に開く。また、開閉弁42〜45の選択的に開くと同時に、対応する切換弁d2〜d5を選択的に切換える。このとき、開閉弁23、27は閉状態に保持される。
制御装置30は、また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、開閉弁23、27を開くと共に、圧力センサ32により検出される貯蔵用容器2内の水素圧力に応じて、目標とする82MPa以上の圧縮後圧力を得るように、圧縮段数を定めて、開閉弁61〜63のいずれか1つを選択的に開く。開閉弁62又は63を開いた場合は、これと同時に、対応する切換弁d2又はd3を選択的に切換える。このとき、開閉弁21、25は閉状態に保持される。
The
The
従って、開閉弁21、25及び開閉弁23、27は、可変段圧縮機6を貯蔵用容器2充填用の第1の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機6の入口側に水素トレーラ1を配管接続し、可変段圧縮機6の出口側に貯蔵用容器2を配管接続する第1の接続形態、及び、可変段圧縮機6を蓄圧器3充填用の第2の圧縮手段として使用するように、可変段圧縮機6の入口側に貯蔵用容器2を配管接続し、可変段圧縮機6の出口側に蓄圧器3を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置に相当する。
Therefore, the on-off
開閉弁42〜45は、水素トレーラ1内の圧力に応じて、前記第1の圧縮手段として使用するときの可変段圧縮機6の圧縮段数を変化させる第1の圧縮段数制御装置に相当する。
開閉弁71〜73は、貯蔵用容器2内の圧力に応じて、前記第2の圧縮手段として使用するときの可変段圧縮機6の圧縮段数を変化させる第2の圧縮段数制御装置に相当する。
The on-off
The on-off
次に第3実施形態の作用を説明する。
水素トレーラ1が到着すると、水素トレーラ1は荷卸しのためカップリング20に接続される。このとき、制御装置30によって、開閉弁21、25が開く。開閉弁23、27は閉じている。
また、制御装置30によって、圧力センサ31の信号に基づいて、水素トレーラ1内の圧力が検出され、これに応じて、開閉弁42〜45のいずれか1つが選択的に開く。また、対応する切換弁d2〜d5が選択的に切換えられる。
Next, the operation of the third embodiment will be described.
When the
Further, the
このとき、水素トレーラ1内の水素は、開閉弁21から、開閉弁42〜45のいずれか1つを通り、更に対応する切換弁d2〜d5を通って、可変段圧縮機6の第2〜第5シリンダ12〜15のいずれか1つに吸入される。これにより、水素は第2シリンダ12に吸入された場合は4段で、第3シリンダ13に吸入された場合は3段で、第4シリンダ14に吸入された場合は2段で、第5シリンダ15に吸入された場合は1段で、圧縮される。
At this time, the hydrogen in the
こうして、水素トレーラ1内の圧力が高いときは、例えば開閉弁45又は44が開いて、1段又は2段で圧縮され、水素トレーラ1内の水素の払い出しに伴って、水素トレーラ1内の圧力が低下すると、例えば開閉弁43又は42が開いて、3段又は4段で圧縮される。これにより、水素トレーラ1内の圧力変化にかかわらず、目標とする45MPa以上の圧縮圧力が得られる。
Thus, when the pressure in the
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5より吐出された水素は、開閉弁25を通って減圧弁26で例えば45MPaまで減圧された後、貯蔵用容器2内に充填される。
The hydrogen discharged from the discharge port b5 of the
貯蔵用容器2内に貯蔵されている中圧の水素を高圧にして蓄圧器3に蓄圧する際は、制御装置30によって、開閉弁23、27が開く。開閉弁21、25は閉じている。
また、制御装置30によって、圧力センサ32の信号に基づいて、貯蔵用容器2内の圧力が検出され、これに応じて、開閉弁61〜63のいずれか1つが選択的に開く。また、開閉弁62又は63が開く場合は、対応する切換弁d2又はd3が切換えられる。
When the intermediate pressure hydrogen stored in the
Further, the
このとき、貯蔵用容器2内の水素は、開閉弁23から、開閉弁61〜63のいずれか1つを通り、更に対応する切換弁d2、d3を通って(但し開閉弁62又は63の選択時のみ)、可変段圧縮機6の第1〜第3シリンダ11〜13のいずれか1つに吸入される。これにより、水素は第1シリンダ11に吸入された場合は5段で、第2シリンダ12に吸入された場合は4段で、第3シリンダ13に吸入された場合は3段で、圧縮される。
At this time, the hydrogen in the
こうして、貯蔵用容器2内の圧力が高いときは、例えば開閉弁63が開いて、3段で圧縮され、貯蔵用容器2内の水素の払い出しに伴って、貯蔵用容器2内の圧力が次第に低下すると、例えば開閉弁62が開いて、4段で、更には、例えば開閉弁61が開いて、5段で圧縮される。これにより、貯蔵用容器2内の圧力変化にかかわらず、目標とする82MPa以上の圧縮圧力が得られる。
Thus, when the pressure in the
可変段圧縮機6の第5シリンダ15の吐出ポートb5より吐出された水素は、開閉弁27を通って減圧弁28で例えば82MPaまで減圧された後、蓄圧器3内に充填される。
蓄圧器3内に蓄圧された高圧の水素は、適宜、ディスペンサー4により、FCV5に差圧充填される。
The hydrogen discharged from the discharge port b5 of the
The high-pressure hydrogen accumulated in the accumulator 3 is appropriately filled into the
第3実施形態によれば、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時に、水素トレーラ1内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができる。
また、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時に、貯蔵用容器2内の圧力を検出し、これに応じて圧縮段数を制御することで、圧力が高いときは、圧縮段数を小さくして、圧縮コストの低下を図り、払い出しによって圧力が低下したときは、圧縮段数を大きくして、要求される充填圧力を確保することができる。
また、圧縮機6の前段で減圧弁42〜45、71〜73を用いるとしても、調整用であり、大幅な減圧をするものではないので、エネルギーロスを低減することができる。
According to the third embodiment, when compressing and filling the
In addition, the pressure in the
Moreover, even if it uses the pressure reducing valves 42-45 and 71-73 in the front | former stage of the
第3実施形態(図3)では、水素トレーラ1から貯蔵用容器2への圧縮充填時には、4段〜1段に切換え可能とし、貯蔵用容器2から蓄圧器3への圧縮充填時には、5段〜3段に切換え可能としたが、これは図示の制約からであり、いずれの圧縮充填時においても5段〜1段に切換え可能としてもよい。
また、第3実施形態(図3)では、圧縮段数を小さくする際に、第1実施形態(図1)と同様、圧縮前の水素を第1圧縮段(第1シリンダ11)より後段に吸入可能とするようにしたが、第2実施形態(図2)と同様に、圧縮後の水素を最終圧縮段(第5シリンダ15)より前段から吐出可能とするようにしてもよい。
In the third embodiment (FIG. 3), it is possible to switch from four stages to one stage when compressing and filling the
Further, in the third embodiment (FIG. 3), when the number of compression stages is reduced, hydrogen before compression is sucked into the subsequent stage from the first compression stage (first cylinder 11), as in the first embodiment (FIG. 1). However, as in the second embodiment (FIG. 2), the compressed hydrogen may be discharged from the stage before the final compression stage (fifth cylinder 15).
図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。 The illustrated embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention includes various improvements and modifications made by those skilled in the art within the scope of the claims in addition to those directly illustrated by the described embodiments. Needless to say, it is included.
1 水素トレーラ(輸送用容器)
2 貯蔵用容器
3 蓄圧器
4 ディスペンサー
5 燃料電池自動車(FCV)
6 可変段圧縮機
10 クランク式回転駆動部
11〜15 シリンダ
a1〜a5 吸入ポート
b1〜b5 吐出ポート
c1〜c4 連通路
d2〜d5 切換弁
e2〜e5 4段〜1段用吸入通路
f4 切換弁
g4 4段用吐出通路
20 カップリング
21、23、25、27 開閉弁
22、24、26、28 減圧弁
30 制御装置
31、32 圧力センサ
42〜45、62〜63 開閉弁
52〜55、71〜73 減圧弁
1 Hydrogen trailer (transport container)
2 Storage container 3 Accumulator 4
6
Claims (5)
前記第1及び第2の圧縮手段は、
複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、
前記可変段圧縮機を前記第1の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第1の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第2の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、
前記水素輸送用容器から前記可変段圧縮機への入口配管、及び、前記水素貯蔵用容器から前記可変段圧縮機への入口配管のそれぞれに設けられ、前記可変段圧縮機の入口側要求圧力に応じて減圧圧力が設定された減圧弁と、
を含んで構成され、
前記第1の接続形態と前記第2の接続形態とで、前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させ、前記第1の接続形態では、前記第2の接続形態と比べ、前記可変段圧縮機の圧縮段数を小さくすることを特徴とする、水素ステーション。 A first compression means for compressing hydrogen supplied from a hydrogen transport container and filling the hydrogen storage container; and a first compression means for compressing hydrogen supplied from the hydrogen storage container and filling the dispenser pressure accumulator. A hydrogen station comprising two compression means,
The first and second compression means include
A single variable stage compressor having a plurality of compression stages and having a variable number of compression stages;
In order to use the variable stage compressor as the first compression means, the hydrogen transport container is connected to the inlet side of the variable stage compressor, and the hydrogen storage container is connected to the outlet side of the variable stage compressor. A first connection form for connecting the pipe to the container, and the hydrogen storage container is connected to the inlet side of the variable stage compressor so as to use the variable stage compressor as the second compression means; A connection switching device capable of selectively switching the second connection mode in which the pressure accumulator is pipe-connected to the outlet side of the variable stage compressor;
Provided in each of the inlet piping from the hydrogen transport container to the variable stage compressor and the inlet piping from the hydrogen storage container to the variable stage compressor, the required pressure on the inlet side of the variable stage compressor A pressure reducing valve with a pressure reducing pressure set accordingly,
Comprising
The number of compression stages of the variable stage compressor is changed between the first connection form and the second connection form . In the first connection form, the variable stage compressor is compared with the second connection form. A hydrogen station characterized in that the number of compression stages is reduced .
前記第1及び第2の圧縮手段は、
複数の圧縮段を有すると共に圧縮段数が可変な単一の可変段圧縮機と、
前記可変段圧縮機を前記第1の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素輸送用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続する第1の接続形態、及び、前記可変段圧縮機を前記第2の圧縮手段として使用するように、前記可変段圧縮機の入口側に前記水素貯蔵用容器を配管接続し、前記可変段圧縮機の出口側に前記蓄圧器を配管接続する第2の接続形態、を選択的に切換え可能とする接続切換装置と、
前記水素輸送用容器内の圧力を検出する第1の圧力検出装置と、
前記水素貯蔵用容器内の圧力を検出する第2の圧力検出装置と、
前記水素輸送用容器内の圧力に応じて、前記第1の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第1の圧縮段数制御装置と、
前記水素貯蔵用容器内の圧力に応じて、前記第2の圧縮手段として使用するときの前記可変段圧縮機の圧縮段数を変化させる第2の圧縮段数制御装置と、
を含んで構成されることを特徴とする、水素ステーション。 A first compression means for compressing hydrogen supplied from a hydrogen transport container and filling the hydrogen storage container; and a first compression means for compressing hydrogen supplied from the hydrogen storage container and filling the dispenser pressure accumulator. A hydrogen station comprising two compression means,
The first and second compression means include
A single variable stage compressor having a plurality of compression stages and having a variable number of compression stages;
In order to use the variable stage compressor as the first compression means, the hydrogen transport container is connected to the inlet side of the variable stage compressor, and the hydrogen storage container is connected to the outlet side of the variable stage compressor. A first connection form for connecting the pipe to the container, and the hydrogen storage container is connected to the inlet side of the variable stage compressor so as to use the variable stage compressor as the second compression means; A connection switching device capable of selectively switching the second connection mode in which the pressure accumulator is pipe-connected to the outlet side of the variable stage compressor;
A first pressure detection device for detecting the pressure in the hydrogen transport container;
A second pressure detection device for detecting the pressure in the hydrogen storage container;
A first compression stage number control device that changes the number of compression stages of the variable stage compressor when used as the first compression means in accordance with the pressure in the hydrogen transport container;
A second compression stage number control device that changes the number of compression stages of the variable stage compressor when used as the second compression means in accordance with the pressure in the hydrogen storage container;
A hydrogen station comprising:
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