特開 2024-101088 水素充填設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101088

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】水素充填設備

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/00 20060101AFI20240722BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20240722BHJP

   B65D 90/22 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

F17C5/00

F17C13/00 301Z

B65D90/22 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004810

(22)【出願日】2023-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】599087888

【氏名又は名称】株式会社サンフロイント

(71)【出願人】

【識別番号】521355371

【氏名又は名称】有限会社エス・アイ・シー

(74)【代理人】

【識別番号】100103148

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 輝美

(72)【発明者】

【氏名】上野 秀雄

【テーマコード（参考）】

3E170

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E170AA03

3E170AA08

3E170AA12

3E170AB09

3E170BA10

3E170CA08

3E170CB10

3E170CC01

3E170RA01

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB05

3E172BB13

3E172BD03

3E172DA90

3E172EA02

3E172EA35

3E172EB02

3E172KA03

(57)【要約】

【課題】有機溶剤の漏洩をより確実に回避可能な水素充填設備を提供する。
【解決手段】水素充電設備では、例えば水素キャリアーとしてＭＣＨが用いられ、ＭＣＨの脱水素化によってトルエンが得られる。このトルエンは、トルエン地下タンク４に貯留される。トルエン地下タンク４は、外殻４１、内殻４２を備える２重殻構造であり、外殻４１と内殻４２との間には、トルエンの漏洩を検知可能な検知センサー４５が配置されている。この検知センサー４５は、リード線２５を介して漏洩検知器盤２０と接続されている。この漏洩検知器盤２０は、検知センサー４５により、トルエンの漏洩が検知された場合、ブザー２２を放音させ、その旨を担当者に通知する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素の精製に関係する有機溶剤を貯留させることが可能であり、ともに前記有機溶剤が漏洩しない状態に形成された外殻、及び内殻を少なくとも備える１つ以上の格納容器と、
前記格納容器に貯留された前記有機溶剤を用いて、前記水素を精製する精製設備と、
を備える水素充填設備。

【請求項2】

前記格納容器の前記外殻と前記内殻との間に配置され、前記内殻から漏洩した前記有機溶剤を検知するための検知センサーと、
前記検知センサーからの信号を処理し、前記検知センサーによる前記有機溶剤の検知結果を提示する漏洩検知装置と、を更に備える、
請求項１に記載の水素充填設備。

【請求項3】

前記有機溶剤には、水素キャリアーである第１の有機溶剤、及び前記第１の有機溶剤の脱水素化により得られる第２の有機溶剤が含まれ、
前記格納容器として、前記第１の有機溶剤が貯留される第１の格納容器、及び前記第２の有機溶剤が貯留される第２の格納容器、を備える、
請求項１、または２に記載の水素充填設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素充填設備に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、有機ハイドライドを有機溶剤として利用する水素充填設備は、水素スタンド（水素ステーション）等として実用化が進められている（例えば特許文献１参照）。水素充填設備は、燃料電池自動車（ＦＣＶ）に燃料を補給するために、四大都市圏、及び四大都市圏を結ぶ幹線沿いを中心として整備が進められている。

【0003】

有機ハイドライドは、適切な触媒反応を介して水素を可逆的に放出する有機化合物であり、メチルシクロヘキサン、及びデカリンなどの飽和縮合環炭化水素を指す。有機ハイドライドは、石油燃料と同様に、常温での液体輸送、貯蔵が可能である。このことから、水素充填設備での利用が予想される。

【0004】

例えばメチルシクロヘキサンは、トルエンの水素化により生じ、触媒による脱水素化で水素を取り出せることから、有機ハイドライドの一種として水素の安定的な貯蔵・輸送手段としての研究がすすめられている。

【0005】

トルエンは、芳香族炭化水素に属する有機化合物で、ベンゼンの水素原子の１つをメチル基で置換した構造を有する。無色透明の液体で、常温で揮発性があり、引火性を有するだけでなく、人体に対しては麻酔作用がある他、毒性も強い。メチルシクロヘキサンは、トルエンに比べ毒性は低い。

【0006】

水素充填設備では、有機ハイドライド以外にも、毒性を有する有機溶剤が用いられると予想される。水素充填設備の想定される設置場所もあり、有機溶剤の漏洩はより確実に回避することが重要であると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６－１８３０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明は、有機溶剤の漏洩をより確実に回避可能な水素充填設備を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様の水素充填設備は、水素の精製に関係する有機溶剤を貯留させることが可能であり、ともに前記有機溶剤が漏洩しない状態に形成された外殻、及び内殻を少なくとも備える１つ以上の格納容器と、前記格納容器に貯留された前記有機溶剤を用いて、前記水素を精製する精製設備と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明では、有機溶剤の漏洩をより確実に回避させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本考案の一実施形態に係る水素充填設備の例を説明する図である。

【図2】改質装置の構成例を説明する図である。

【図3】トルエン地下タンクの構造例、及び漏洩の検知システムの例を説明する図である。

【図4】図３のＣ－Ｃ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態について、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、変形例を含めあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。本考案の技術的範囲には、様々な変形例も含まれる。

【0013】

図１は、本発明の一実施形態に係る水素充填設備の例を説明する図である。
図１に示す水素充填設備の例は、例えばガソリン等の石油燃料、及び水素を供給可能な固定式（定置式）の水素スタンド（水素ステーション）である。固定式であることから、地下には、格納容器として、ガソリンが格納されるガソリン地下タンク１、灯油が格納される灯油地下タンク２、水素キャリアーであるＭＣＨ（メチルシクロヘキサン：第１の有機溶剤）が格納されるＭＣＨ地下タンク３、及びＭＣＨの脱水素化により得られるトルエン（第２の有機溶剤）が格納されるトルエン地下タンク４がそれぞれ１つ以上、埋設されている。

【0014】

ガソリン地下タンク１に充填されるガソリンは、例えばローリー車１１によって運送される。灯油地下タンク２に充填される灯油、及びＭＣＨ地下タンク３に充填されるＭＣＨも、例えばローリー車１１によって運送される。トルエン地下タンク４に充填されたトルエンは、例えばローリー車１１によって運送される。
また、地上には、給油設備５、改質装置６、圧縮機７、蓄圧器８、及びディスペンサー９がそれぞれ１つ以上、設置されている。

【0015】

給油設備５は、ガソリン地下タンク１に格納されたガソリンをガソリン車１２に給油するための設備である。
改質装置６は、ＭＣＨ地下タンク３からＭＣＨを取り出し、灯油地下タンク２に格納された灯油を燃焼させて、取り出したＭＣＨを加熱し、水素を分離・精製するシステムである。改質装置６により精製された水素は、気体である。この改質装置６は、本例における精製設備に相当する。

【0016】

圧縮機７は、改質装置６により精製された気体の水素を圧縮し、液体化させる。蓄圧器８は、液体化された水素を蓄えておくために用いられる。ディスペンサー９は、蓄圧器８に蓄えられた水素をＦＣＶ（燃料電池自動車）１３に充填するための設備である。

【0017】

図２は、改質装置の構成例を説明する図である。
ＭＣＨ地下タンク３に充填されたＭＣＨは、ＭＣＨポンプ６１によって外部に取り出される。外部に取り出されたＭＣＨは、気化器６２によって気化され、脱水素反応器６３に供給される。

【0018】

脱水素反応器６３は、熱媒（脱水素触媒）を用いた脱水素反応によってＭＣＨから水素を分離させる。熱媒は、熱媒加熱装置６４によって加熱され、脱水素反応器６３に供給される。脱水素反応器６３から流出した熱媒は、熱媒加熱装置６４に再度、供給されて加熱される。なお、熱媒の種類は、特に限定されない。
熱媒加熱装置６４は、灯油を燃焼させ、熱媒を加熱するものである。その灯油は、灯油地下タンク２から吸い上げられ、熱媒加熱装置６４に供給される。

【0019】

脱水素反応により、ＭＣＨはトルエン（ＴＬ）、及び水素に分解され、分離器６５に供給される。トルエン、及び水素はともに、熱媒からの熱量が伝達され、高温となっている。分離器６５は、供給されたトルエン、及び水素を冷却する冷却器を備えたものである。それにより、分離器６５は、トルエン、及び水素を冷却し、その冷却によって液体化したトルエンを水素から分離させる。分離されたトルエンは、トルエン地下タンク４内に充填される。

【0020】

冷却後の水素は気体のままである。トルエンを分離した後の気体には、水素の他に、不純物も含まれる。水素は、不純物とともに、圧縮機６６に供給され、圧縮される。圧縮された不純物、及び水素は、水素精製器６７に供給されて精製され、高純度の水素が得られる。図２中では、この水素を「製品水素」と表記している。
このようにして、改質装置６は、ＭＣＨ地下タンク３から取り出したＭＣＨから水素を分離させ、高純度の水素を精製する。

【0021】

高純度の水素は、圧縮機７に供給される。圧縮機７は、供給された水素を圧縮し、高圧状態にする。高圧状態の水素は、蓄圧器８に供給され、高圧状態のまま蓄えられる。このようにして蓄圧器８に蓄えられた水素が、ディスペンサー９により、ＦＣＶ１３に充填される

【0022】

トルエン地下タンク４に貯留されるトルエンは、上記のように、無色透明の液体で、常温で揮発性があり、引火性を有するだけでなく、人体に対しては麻酔作用がある他、毒性も強い。そのため、トルエンの漏洩は、回避することが重要である。例え漏洩したとしても、早期に検知する必要がある。

【0023】

トルエン地下タンク４には、大量のトルエンが貯留可能であることから、特にトルエン地下タンク４からの漏洩は回避させることが重要であり、その漏洩は、より早期に検知する必要がある。水素スタンドが、四大都市圏、及び四大都市圏を結ぶ幹線沿いを中心として整備が進められている現状からも、漏洩の回避、漏洩した場合の早期の検知による安全性の確保に対する要請は非常に強い。
ＭＣＨは、トルエンに比較して毒性が低くても、トルエンと同様に、安全性の確保に対する要請は非常に強い。

【0024】

このようなことから、本例では、トルエン地下タンク４、及びＭＣＨ地下タンク３に対し、より漏洩がし難い構造を採用するとともに、充填された有機溶剤の漏洩をより早期に検知できる仕組みを設けている。

【0025】

図３は、トルエン地下タンクの構造例、及び漏洩の検知システムの例を説明する図である。図４は、図３のＣ－Ｃ線断面図である。
図３、及び図４を参照し、トルエン地下タンク４、及びＭＣＨ地下タンク３に対して採用された構造、及び漏洩の検知のために構築された検知システム（仕組み）について、具体的に説明する。ここでは、便宜的にトルエン地下タンク４を例にとって説明する。

【0026】

図３において、２０は漏洩検知器盤（漏洩検知装置）、５１はマンホール、５２は配管、である。漏洩検知器盤２０は、トルエン地下タンク４に発生したトルエンの漏洩を検知するための装置である。配管５２は、漏洩検知器盤２０とマンホール５１との間に配置されている。それにより、漏洩検知器盤２０に接続されたリード線２５は、配管５２内に挿入され、マンホール５１内に導かれている。

【0027】

トルエン地下タンク４のマンホール５１に露出している部分には、接続部５３が取り付けられている。この接続部５３は、リード線２５をトルエン地下タンク４内に挿入するのを可能にする。接続部５３内に挿入されたリード線２５には、トルエンの漏洩を検知するための検知センサー４５が接続される。この検知センサー４５は、例えば有機溶剤によって静電容量が変化するセンサーケーブルである。なお、検知センサー４５の種類は、特に限定されるものではない。

【0028】

本例でセンサーケーブルを検知センサー４５として採用したのは、トルエン地下タンク４に発生する漏洩をより広範囲に、より低コストで検知できるようにするためである。そのために本例では、図３に示すＡ～Ｂ点の間に渡って検知センサー４５を配置させている。

【0029】

このような検知センサー４５の配置を可能とするために、本例では、２重殻構造のトルエン地下タンク４を採用している。そのため、トルエン地下タンク４は、外側に位置する外殻４１、及びその外殻４１の内側に位置する内殻４２を備えた構造となっている。

【0030】

外殻４１は、例えば金属であり、内殻４２は、例えばＦＲＰ（繊維強化複合材））である。この外殻４１と内殻４２との間には、特に図示していないが、例えば金属製のハニカムボード、或いは中空ガラス繊維等が支持材として配置されている。この支持材により、内殻４２は、外殻４１の内面から離れた状態に、安定的に支持された形となっている。このため、図３に示すような検知センサー４５の配置も可能となっている。

【0031】

なお、ＦＲＰを用いて内殻４２を形成させたのは、埋設された既存の地下タンクをトルエン地下タンク４として再利用したためである。既存の地下タンクを覆うような外殻を形成させるのが困難なことから、その地下タンクの内面側に、内殻４２を形成させたためである。既存の地下タンクを利用しないような場合、つまりトルエンを貯留させる格納容器としてのタンクを製作する場合、内殻４２を金属、外殻４１をＦＲＰにしても良い。このようなタンクは、移動式の水素充電設備に採用しても良い。殻数は、２ではなく、３以上としても良い。埋設された既存の地下タンクをトルエン地下タンク４（或いはＭＣＨ地下タンク３）として再利用できることは、既存のガソリンスタンドを水素スタンドしてより低コストに再利用できることを意味する。

【0032】

図４に示すように、外殻４１はもとより、内殻４２も、トルエンが漏洩しないように形成される。そのため、内殻４２の形成により、トルエン地下タンク４からのトルエンの漏洩はより回避可能となる。従って、より高い安全性が確保できることとなる。

【0033】

外殻４１と内殻４２との間に挿入された形の検知センサー４５は、内殻４２からのトルエンの漏洩を検知する。その検知センサー４５は、図３、及び図４に示すように、内殻４２の下部全体に渡って配置される。そのような配置を採用したのは、内殻４２から漏洩したトルエンが、外殻４１の下部に向かって流れ、そこに貯まるからである。それにより、内殻４２からのトルエンの漏洩は、１つの検知センサー４５でも、より早く、より確実に検知できることになる。これは、センサーケーブルを検知センサー４５として採用したことの利点である。

【0034】

内殻４２からのトルエンの漏洩は、何らかの不具合がトルエン地下タンク４に生じたことによるものと推測できる。そのため、内殻４２からのトルエンが漏洩した場合、外殻４１にも何らかの異常、例えばヒビ、腐食、或いは破損等が発生している恐れがある。このことから、内殻４２からのトルエンの漏洩の検知により、トルエン地下タンク４からのトルエンの漏洩は回避させることができるか、例え漏洩が回避できなかったとしても、より早期に、その漏洩に対応できることになる。従って、トルエンの漏洩にもより高い安全性を確保できる。

【0035】

なお、外殻４１のヒビ、或いは破損等により、外殻４１から内部に水等の流体が侵入したとしても、その液体の浸入は検知センサー４５によって検知可能である。このことから、検知センサー４５は、外殻４１の健全性の確認にも利用できる。
この検知センサー４５とリード線２５を介して接続された漏洩検知器盤２０は、検知センサー４５からの信号を処理し、その検知センサー４５による検知結果を提示するものである。

【0036】

リード線２５は、漏洩検知器盤２０の安全保持器２３に接続されている。リード線２５の信号は、安全保持器２３を介して、漏洩検知装置２１に出力される。その漏洩検知装置２１には、ブザー２２が接続されている。それにより、検知センサー４５が漏洩を検知している場合、ブザー２２の放音により、その検知結果が提示されることになる。なお、検知結果の提示は、視覚的に行うようにしても良く、聴覚、及び視覚の双方で確認可能にしても良い。

【0037】

漏洩検知装置２１は、リード線２５を介して入力される信号を処理する。例えば検知センサー１５の静電容量の変化を電圧値の変化として検知し、検知された電圧値から、トルエン地下タンク４における漏洩の発生の有無を特定する。そのような信号処理を実行するために、漏洩検知装置２１は、直流電圧が印加されるＤＣ（Direct Current）端子２４と接続されるとともに、接地されている。なお、漏洩の有無の特定は、例えば有機溶剤の種類別に定められた閾値を、検知された電圧値と比較することにより行われる。

【0038】

その閾値としては、水等を想定した閾値を含めても良い。そのような閾値も含める場合、内殻４２からの有機溶剤の漏洩と、外殻４１の破損等による水等の内部への侵入とに分け、ブザー２２の放音内容を変更させることができる。このため、トルエンの漏洩、及び水等の内部への侵入の各対応をより容易、且つより迅速に行うのが可能となる。

【0039】

漏洩検知装置２１は、漏洩が発生していると特定した場合、ブザー２２を放音させ、その旨を担当者に通知する。それにより、担当者は、有機溶剤（トルエン）の漏洩に直ちに対応することができる。直ちに対応することにより、トルエン地下タンク４からのトルエンの漏洩を未然に防ぐことがより確実に行えるようになる。例えトルエン地下タンク４からのトルエンの漏洩を防げなかったとしても、その漏洩による被害等も最小限に抑えることが可能となる。このようなことから、より高い安全性が確保できることとなる。

【0040】

なお、本例では、有機溶剤として、ＭＣＨ、及びトルエンを想定しているが、有機溶剤は、これらに限定されない。その種類も２種類より多くても良い。また、水素充填設備は、固定式に限定されず、移動させるのが可能なものであっても良い。

【0041】

検知センサー４５による検知結果は、必要に応じて、ブザー２２の放音により通知するようにしているが、その通知は、ネットワーク等を介して接続させる情報処理装置に対して行うようにしても良い。そのようにした場合、複数の水素充填設備のそれぞれに発生する有機溶剤の漏洩の有無を遠隔で監視できるようになる。

【0042】

漏洩をより確実に防止する対象は、有機溶剤が貯留される格納容器（タンク）とさせているが、その格納容器に有機溶剤を流入させる、或いはその格納容器から有機溶剤を流出させる配管をその対象にしても良い。対象とする配管、或いはその一部に２重殻構造を採用し、検知センサーを配置するようにしても良い。配管の体積自体は小さくとも、それを流れる有機溶剤の量は膨大となることから、配管を対象にすることは、より高い安全性を確保するうえで有用である。

【符号の説明】

【0043】

３ ＭＣＨ地下タンク、４ トルエン地下タンク、６ 改質装置、７ 圧縮機、８ 蓄圧器、９ ディスペンサー、１３ ＦＣＶ、２０ 漏洩検知器盤、２１ 漏洩検知装置、２２ ブザー、２５ リード線、４１ 外殻、４２ 内殻、４５ 検知センサー。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】