氢气压缩系统以及氢气压缩方法
技术领域
本发明涉及氢气的压缩和储藏。
背景技术
作为用于燃料电池的发电的燃料或作为工业用原料，氢的需要日益增加。存在利用氢制造机械设备等制造的氢气在氢制造机械设备或氢气站压缩后储藏于容器，并经由分配器向燃料电池车辆等燃料消耗装置供给的情况。在专利文献1中，公开有将利用气体制造装置制造的氢气在压缩机中压缩并暂时存积于蓄压器，之后经由分配器向车辆填充的结构。
专利文献1：日本特开2017-131862号公报
如专利文献1那样，一般在储藏氢气时，为了储藏大量的气体例如将氢气压缩至成为70MPa(兆帕)的高压气体。因此，存在需要压缩机从而氢气供给的压缩成本较大的问题。除此之外，也存在为了储藏压缩后的高压氢气而需要能够承受高压的容器，从而储藏成本较大的问题。因此，期望一种能够抑制氢气的压缩和储藏所需要的成本的技术。
发明内容
本发明能够通过以下的方式来实现。
(1)根据本发明的一个方式，提供氢气压缩系统。该氢气压缩系统具备：氢储藏室，其在水中配置于预先决定的水深，并与周围的水连通；氢收容容器，其以比上述水深处的水压低的压力填充有氢气；移送部，其用于将填充有氢气的上述氢收容容器从比上述水深靠上方的位置导引至上述氢储藏室；气体释放部，其使氢气从移送至上述氢储藏室的上述氢收容容器释放出来而储藏于上述氢储藏室内；氢回收装置，其配置于比上述水深靠上方的位置；以及管，其将上述氢储藏室内与上述氢回收装置连通起来。
根据该方式的氢气压缩系统，将以比预先决定的水深处的水压低的压力填充有氢气的氢收容容器移送至氢储藏室，因此能够在移送的途中利用水压将氢收容容器压缩，由此能够将填充于内部的氢气压缩。另外，氢储藏室与周围的水连通，因此能够将通过气体释放部从氢收容容器释放的压缩后的氢气以保持压缩的状态的方式储藏于氢储藏室内。因此，不需要能够承受氢气的压力的程度的大规模的设备，从而能够抑制氢气的储藏成本。这样，根据本方式的氢气压缩系统，不需要用于氢气的压缩和储藏的压缩机以及能够承受高压的储藏设备，因此能够抑制氢气的压缩和储藏所需要的成本。
(2)在上述方式的氢气压缩系统的基础上，也可以构成为：上述氢收容容器由树脂形成。根据该方式的氢气压缩系统，能够提高氢收容容器的耐腐蚀性。因此，在将氢储藏室配置于海中的结构中，能够提高氢收容容器的耐久性。
(3)在上述方式的氢气压缩系统的基础上，也可以构成为：上述管作为上述移送部而发挥功能；上述氢收容容器具有：主体部，其具有填充有氢气的氢气收容部；以及安装部，其为与上述主体部连接的环状的安装部，并在周向上包围上述管。根据该方式的氢气压缩系统，能够将管作为引导件来使氢收容容器沉降，与为了引导沉降方向而设置单独部件的结构相比，能够抑制氢气压缩系统的制造成本。
本发明也能够以各种方式实现。例如能够以氢气储藏系统、氢气压缩方法、氢气储藏方法等方式实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的氢气压缩系统的概略结构的说明图。
图2是表示氢收容容器的结构的外观图。
图3是表示氢气压缩处理的顺序的工序图。
图4是表示第2实施方式中的氢气压缩系统的概略结构的说明图。
附图标记说明
10、10a…氢气压缩系统；100…移送部；110…氢收容容器；111…主体部；111a…氢气收容部；112…安装部；113…配重部；119…开口；120…引导支柱；150…气体释放部；200…储藏部；210…氢储藏室；211…导入口；212…氢气储藏部；300…回收部；320、320a…管；321…端部；330…氢回收装置；332…截止阀；334…氢处理部；400…移送回收部；500…船；B1…海底。
具体实施方式
A.第1实施方式：
A1.系统结构：
图1是表示作为本发明的一个实施方式的氢气压缩系统10的概略结构的说明图。氢气压缩系统10利用海中的水压压缩氢气，并储藏压缩后的氢气。氢气压缩系统10具备移送部100、气体释放部150、储藏部200以及回收部300。
移送部100将填充了氢气的氢收容容器110导引至储藏部200所具备的氢储藏室210。
图2是表示氢收容容器110的结构的外观图。氢收容容器110具备主体部111、安装部112以及配重部113。主体部111具有大致球体状的外观形状，并在内部形成有氢气收容部111a。在本实施方式中，主体部111由铝形成。主体部111的厚度是能够因在图1所示的水深D1中的水压、具体而言能够因比大约70.9MPa低的水压而发生变形的厚度，并且设计为即使在大约70.9MPa的水压下也不会发生龟裂的程度的厚度。在主体部111形成有未图示的气体填充口，从该气体填充口向氢气收容部111a填充氢气。此外，气体填充口在填充后被未图示的盖密封。安装部112具有环状的外观形状，并与主体部111的外表面接合。安装部112由包含镍和钛在内的合金形成。在安装部112的中央的开口119插入有后述的引导支柱120。详细内容进行后述，但如图1所示，若以将引导支柱120插入至开口119的方式将氢收容容器110安装于引导支柱120后，从船500将氢收容容器110投入至海面，则氢收容容器110被引导支柱120引导并且朝向海底B1沉降。图2所示的配重部113与主体部111的外表面的一部分接合。配重部113发挥配重的作用，使得氢收容容器110在将氢填充于氢气收容部111a的状态下沉入海水。配重部113例如由包含镍和钛的合金、钢、铅等金属形成。此外，也可以通过调整安装部112的大小、重量来发挥配重的作用，从而省略配重部113。
如图1所示，移送部100具备引导支柱120。引导支柱120是剖面为圆形状的棒状的构造物，一端安装于船500，另一端在设置于海底B1的氢储藏室210的内侧配置于海底B1的附近。在本实施方式中，到海底B1为止的水深D1大约为7000m(米)。在本实施方式中，引导支柱120由包含镍和钛的合金形成，并具有能够承受海底B1中的水压的强度。引导支柱120例如也可以将多个规定的长度的棒状部件连结起来而形成。引导支柱120发挥在将氢收容容器110导引至氢储藏室210时的引导的作用。在本实施方式中，引导支柱120到海底B1附近为止沿着大致铅垂方向配置，并且在海底B1附近随着下降而逐渐弯曲为接近氢储藏室210。
气体释放部150设置于海底B1，对移送至海底B1附近的氢收容容器110给予损伤从而使氢气从氢气收容部111a向氢收容容器110的外部释放。作为气体释放部150，例如也可以构成为具备：针状部件，其由包含镍和钛的合金形成；和驱动部，其使该针状部件朝向氢收容容器110进行穿刺的动作。另外，也可以构成为具备锤子部件和使该锤子部件进行击打氢收容容器110的动作的驱动部。
储藏部200以包围气体释放部150的方式固定于海底B1，并储藏从氢收容容器110内释放的氢气。储藏部200具备储藏氢气的氢储藏室210。在氢储藏室210的内部形成有作为氢气储藏部212的空间。在氢储藏室210形成有导入口211。氢气储藏部212的内部经由导入口211与周围的海水连通。因此，不存在氢储藏室210的内压与外压的压力差，从而作为氢储藏室210本身的耐久性，不需要能够承受水深D1中的水压亦即大约70.9MPa的压力的程度的耐久性。因此，在本实施方式中，氢储藏室210由耐腐蚀性优异的树脂形成。引导支柱120的末端部分从导入口211插入至氢气储藏部212内。因此，被引导支柱120引导并沉降的氢收容容器110从导入口211进入至氢气储藏部212内。
回收部300回收氢储藏室210内的氢气。回收部300具备管320和氢回收装置330。管320的一端与氢储藏室210的顶部连接，另一端与氢回收装置330连接。管320将氢气储藏部212和氢回收装置330连通，将氢气储藏部212内的氢气导入引至氢回收装置330。在本实施方式中，管320设计为能够承受内压与外压的差压。具体而言，管320的内压与氢储藏室210内的氢气的压力一致，大约为70.9MPa。与此相对地，对于管320的外压而言，水面上最小且约为0.1MPa，在氢储藏室210的设置部分最大且约为70.9MPa。因此，管320设计为能够承受最大差压亦即70.9MPa与0.1MPa的差压(70.8MPa)。在本实施方式中，管320由包含镍和钛的合金形成。管320例如也可以将多个部分管接合而形成。
氢回收装置330搭载于船500，经由管320回收所输送的氢气。氢回收装置330具备截止阀332和氢处理部334。截止阀332是电磁阀，基于来自未图示的控制部的控制信号，进行管320的开闭。氢处理部334对经由管320从氢储藏室210输送来的氢气进行处理。作为该处理，例如相当于氢气的检查处理、向未图示的氢气罐填充氢气的处理等。
A2.氢气压缩处理：
图3是表示氢气压缩处理的顺序的工序图。该氢气压缩处理在生成大约70.9MPa的高压氢气时执行。
准备填充了氢气的氢收容容器110(工序P105)。在本实施方式中，在未图示的陆上的氢制造机械设备中，进行氢气的生成和向氢收容容器110的填充。在本实施方式中，在向氢收容容器110进行填充时，氢气以未被压缩的方式进行填充。此外，也可以构成为：压缩至比作为氢气压缩处理中的目标压力的70.9MPa低的压力并向氢收容容器110进行填充。将填充了氢气的多个氢收容容器110装载于船500并运送至配置了氢储藏室210的场所。
将氢收容容器110移送至氢储藏室210(工序P110)。使引导支柱120通过氢收容容器110的安装部112的开口119，并将氢收容容器110投入至水中。氢收容容器110的重力超过了浮力，从而氢收容容器110被引导支柱120引导并且朝向海底B1沉降。随着沉降而水压上升，氢收容容器110变形为向内侧凹陷。因此，如图1示意性所示，氢收容容器110随着沉降而逐渐缩小。其结果是，填充于氢气收容部111a的氢气被压缩。氢收容容器110在海底B1的附近从导入口211向氢气储藏部212的内部进入。
如图3所示，借助气体释放部150使氢气从氢收容容器110释放并储藏于氢储藏室210(工序P115)。进入氢气储藏部212的氢收容容器110因气体释放部150而受到损伤。由此，填充于氢收容容器110内的氢气向氢气储藏部212内释放。在上述工序P110中，利用水压对填充于氢气收容部111a内的氢气进行压缩，并达到大约70.9MPa的压力。释放至氢气储藏部212内的高压的氢气如图1所示集中于氢气储藏部212中的顶部部分并被储藏。
如图3所示，使用管320将储藏于氢储藏室210内的氢气导入引至氢回收装置330(工序P120)。通过使截止阀332从闭阀状态变化为开阀状态，从而将储藏于氢气储藏部212的高压的氢气经由管320向氢处理部334输送。输送至氢处理部334的氢气在氢处理部334中用于检查、向氢气罐的填充等处理。
根据以上叙述的第1实施方式的氢气压缩系统10，将以比水深D1的水压低的压力填充了氢气的氢收容容器110移送至氢储藏室210，因此在移送的途中利用水压将氢收容容器110压缩，由此能够将填充于内部的氢气压缩。另外，氢储藏室210与周围的水连通，因此能够将通过气体释放部150而从氢收容容器110释放的压缩后的氢气以保持被压缩的状态储藏于氢储藏室210内。因此，不需要能够承受氢气的压力的程度的大规模的设备，就能够抑制氢气的储藏成本。这样，根据本实施方式的氢气压缩系统10，不需要用于氢气的压缩和储藏的压缩机以及能够承受高压的保管设备，因此能够抑制氢气的压缩和储藏所需要的成本。
B.第2实施方式：
图4是表示第2实施方式中的氢气压缩系统10a的概略结构的说明图。第2实施方式的氢气压缩系统10a在代替移送部100和回收部300而具备移送回收部400这一方面，与图1所示的第1实施方式的氢气压缩系统10不同。第2实施方式的氢气压缩系统10a中的其他的结构与第1实施方式的氢气压缩系统10相同，因此对于相同的结构元件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
移送回收部400是将第1实施方式中的移送部100和回收部300合并而得的功能部。即，移送回收部400将填充了氢气的氢收容容器110导引至氢储藏室210，并且回收氢储藏室210内的氢气。移送回收部400除了上述的氢回收装置330之外，还具备管320a。
管320a与第1实施方式的管320相同地由包含镍和钛的合金形成。管320a的一端与氢回收装置330连接。另外，管320a的另一个端部321如图4所示具有从海底B1的附近向铅垂上方延伸的结构。端部321的一端的开口位于氢气储藏部212内的顶部附近。
如图4所示，被管320a引导并且朝向海底B1沉降的氢收容容器110与第1实施方式相同地边利用水压进行压缩边前往氢储藏室210。从导入口211进入氢储藏室210内的氢收容容器110因气体释放部150而受到损伤。由此，填充于氢气收容部111a的氢气被释放至氢气储藏部212内。储藏于氢气储藏部212内的高压的氢气从管320a的端部321的一端的开口通过管320a的内部向氢回收装置330导引。
以上说明的第2实施方式的氢气压缩系统10a具有与第1实施方式的氢气压缩系统10相同的效果。除此之外，能够将管320a作为引导件使氢收容容器110沉降，因此与为了引导沉降方向而设置单独部件的结构相比，能够抑制氢气压缩系统10a的制造成本。
C.其他的实施方式：
C1.其他实施方式1：
在各实施方式中，氢收容容器110的主体部111由铝形成，但并不局限于铝，也可以由其他的任意种类的金属形成。另外，也可以将耐腐蚀性的提高作为目的，由树脂形成主体部111。在该结构中，通过将主体部111形成为具有在比大约70.9MPa低的水压环境下发生变形、并且即使在该水压环境下也不会发生龟裂的程度的强度的构造，也会起到与各实施方式相同的效果。作为这样的氢收容容器110的主体部111，例如也可以使用用于氢气储藏用的燃料箱的树脂制的内衬。
C2.其他实施方式2：
在第1实施方式中，移送部100具备引导支柱120，但本发明不限定于此。也可以构成为：在海流较少的区域省略引导支柱120，将氢收容容器110投入至海中并借助自重沉降。另外，作为其他的结构，例如也可以在引导支柱120配备电动的升降机，并使用该升降机将氢收容容器110导引至氢储藏室210。即，一般而言，也可以将具有能够将填充了氢气的氢收容容器110导引至氢储藏室210的任意的结构的移送部作为本公开中的移送部来使用。
C3.其他实施方式3：
在各实施方式中，氢储藏室210配置于水深7000m的海底，但并不局限于海底，也可以配置于任意的水深位置。另外，并不局限于海，也可以配置于湖泊、池沼等任意的水环境。
C4.其他实施方式4：
在各实施方式中，氢气向氢收容容器110的填充是在陆上进行的，但本公开不限定于此。例如，也可以在船500上进行该填充。另外，也可以在直升机、飞机等航空机内并在飞行中进行填充，并搬运至船500。另外，例如，也可以在潜水艇内在比水深D1靠上方的水深处填充并搬运至船500。此外，在该结构中，也可以从潜水艇直接将氢收容容器110移送至氢储藏室210。另外，氢收容容器110向海里的投入并不局限于从船500进行，也可以从陆上、空中进行。
C5.其他实施方式5：
各实施方式中的氢气压缩系统10、10a的结构只是一个例子，能够分别进行各种变更。例如，在各实施方式中，引导支柱120和管320、320a都是由包含镍和钛的合金形成，但也可以由其他的任意种类的金属、树脂、陶瓷等任意的材料形成。另外，也可以构成为氢回收装置330具备压缩机。在该结构中，例如能够在将氢储藏室210配置于比水深7000m浅的位置的情况下，使用压缩机将利用水压压缩的氢气进一步压缩至70.9MPa。在这样的结构中，与对没有利用水压压缩的氢气进行压缩的结构相比，例如也会起到能够省略多级地进行压缩的多个压缩机中的一部分、或能够抑制压缩所需要的电力之类的效果。另外，在各实施方式中，也可以省略工序P120。即，也可以从氢气压缩处理中省略回收工序，并作为单独处理来执行回收处理。另外，在各实施方式中，氢回收装置330也可以具备用于将氢气储藏部212内的氢气经由管320、320a输送至氢处理部334的泵。
本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构来实现。例如，为了解决上述的课题的一部分或全部，或为了实现上述的效果的一部分或全部，与在发明内容栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要未将该技术特征说明为在本说明书中为必须的，则能够适当地删除。
