JP2005069330A - 水素供給ステーション - Google Patents
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Abstract
【課題】車載タンクへの水素の充填作業を安全に効率よく行うことができる水素供給ステーションを提供すること。
【解決手段】水素供給タンクと、水素供給タンクと車載タンクとの間の水素供給経路を形成する供給ラインと、供給ラインと車載タンクの接続口とを接続する接続ユニット4とを有してなる。接続ユニット4は、充填パス41と充填バス用開閉弁413とを内蔵している。第1空間451には第1リリースポート461を開口させてあり、これには吸引経路460が接続されている。吸引経路460は、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されていることが好ましい。接続ユニット4は、放出パス42と放出パス用開閉弁423を内蔵しており、第2空間452には第2リリースポート462を開口させてあり、これには吸引経路460が接続されていることが好ましい。
【選択図】 図4
【解決手段】水素供給タンクと、水素供給タンクと車載タンクとの間の水素供給経路を形成する供給ラインと、供給ラインと車載タンクの接続口とを接続する接続ユニット4とを有してなる。接続ユニット4は、充填パス41と充填バス用開閉弁413とを内蔵している。第1空間451には第1リリースポート461を開口させてあり、これには吸引経路460が接続されている。吸引経路460は、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されていることが好ましい。接続ユニット4は、放出パス42と放出パス用開閉弁423を内蔵しており、第2空間452には第2リリースポート462を開口させてあり、これには吸引経路460が接続されていることが好ましい。
【選択図】 図4
Description
本発明は、燃料電池自動車、水素エンジン自動車などの水素を燃料として走行する車両に搭載される車載タンクに水素を供給するための水素供給ステーション、特にその接続ユニットに関する。
近年の環境問題に対応する車両として、水素を燃料とした自動車、具体的には燃料電池自動車、水素エンジン自動車などの開発が活発に行われている。このような水素を燃料とする車両の普及を促進するには、車両に搭載される車載タンクに対して、安定して効率よく水素を供給する機能を備えた水素供給ステーションを開発する必要がある。
これまでに提案されている技術としては、次のようなものがある。
例えば、特許文献1、2は、水素吸蔵合金MHタンクヘの充填に関するものであって、そこには、水素供給の経路の他に、熱媒体が通る2つの通路を設け、熱媒体によりMHタンクと供給ステーション間の熱輸送を促進する方法が示されている。この方法は、MH吸蔵に伴う発熱、放出に伴う吸熱を供給管を介して一部相殺することを狙ったものである。
例えば、特許文献1、2は、水素吸蔵合金MHタンクヘの充填に関するものであって、そこには、水素供給の経路の他に、熱媒体が通る2つの通路を設け、熱媒体によりMHタンクと供給ステーション間の熱輸送を促進する方法が示されている。この方法は、MH吸蔵に伴う発熱、放出に伴う吸熱を供給管を介して一部相殺することを狙ったものである。
特許文献3は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、タンク圧力に応じた水素充填速度調整機構が示されている。そして、タンク内部圧力の低い状態では低流量で供給し、タンク内部圧力の上昇に伴い流量を増加していくことが示されている。
特許文献4は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、高圧タンクに設置したサブコンテナの温度管理によりタンクヘの充填・放出をスムーズに行うものが示されている。そして、高速充填時には、サブコンテナに冷却水を供給し、タンク内圧力が低下したことにより水素充填の必要性が出た場合には、自動的に冷却水をサブコンテナに供給することが示されている。
特許文献4は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、高圧タンクに設置したサブコンテナの温度管理によりタンクヘの充填・放出をスムーズに行うものが示されている。そして、高速充填時には、サブコンテナに冷却水を供給し、タンク内圧力が低下したことにより水素充填の必要性が出た場合には、自動的に冷却水をサブコンテナに供給することが示されている。
しかしながら、上記従来の技術は、いずれも基本的に高圧MHタンクあるいは高圧ボンベヘの高速充填達成を目的としたものであるが、次のような問題点が存在する。
即ち、上記特許文献1、2、4においては、車両側タンクと供給側タンク間の熱交換を達成するために、車両側タンク内に比較的複雑な構造の熱交換器構成を必要とする。そのため、従来の上記車載タンクは、構造が複雑、軽量化が困難、製造コストが高くなるなどの問題がある。
また、特許文献3においては、内部圧力および温度マップを参考に水素充填速度を調整するものであって、穏やかに水素充填を行うので、高速充填を達成することができない。
特開2000−128502号公報
特開2001−324095号公報
特開2001−355795号公報
特開2002−89793号公報
即ち、上記特許文献1、2、4においては、車両側タンクと供給側タンク間の熱交換を達成するために、車両側タンク内に比較的複雑な構造の熱交換器構成を必要とする。そのため、従来の上記車載タンクは、構造が複雑、軽量化が困難、製造コストが高くなるなどの問題がある。
また、特許文献3においては、内部圧力および温度マップを参考に水素充填速度を調整するものであって、穏やかに水素充填を行うので、高速充填を達成することができない。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、車載タンクへの水素の充填作業を安全に効率よく行うことができる水素供給ステーションを提供しようとするものである。
本発明は、車両に搭載された車載タンクに対して水素を供給するための水素供給ステーションであって、
上記車載タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクと、該水素供給タンクと上記車載タンクとの間の水素供給経路を形成する供給ラインと、該供給ラインと上記車載タンクの接続口とを接続する接続ユニットとを有してなり、
該接続ユニットは、上記車載タンクに水素を送る通路である充填パスと、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁とを内蔵しており、
上記接続ユニットにおける上記充填パスの開口部と上記充填パス用開閉弁との間の第1空間には、第1リリースポートを開口させてあり、該第1リリースポートには上記第1空間の内部を吸引するための吸引経路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーションにある(請求項1)。
上記車載タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクと、該水素供給タンクと上記車載タンクとの間の水素供給経路を形成する供給ラインと、該供給ラインと上記車載タンクの接続口とを接続する接続ユニットとを有してなり、
該接続ユニットは、上記車載タンクに水素を送る通路である充填パスと、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁とを内蔵しており、
上記接続ユニットにおける上記充填パスの開口部と上記充填パス用開閉弁との間の第1空間には、第1リリースポートを開口させてあり、該第1リリースポートには上記第1空間の内部を吸引するための吸引経路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーションにある(請求項1)。
本発明においては、上記接続ユニットの上記第1空間に上記第1リリースポートを開口させ、かつ、これを上記吸引経路に接続してある。そのため、上記接続ユニットを車載タンクの接続口に接続した後水素供給を開始する前の装着時、あるいは水素供給が終了してから接続ユニットを上記接続口から外す前の脱着時において、上記第1空間の内部を上記吸引経路を介して吸引することができる。これにより、第1空間にあるものを外部へ導き出すことができ、危険回避などのメリットを得ることができる。
すなわち、上記装着時においては、上記第1空間を減圧状態とすることにより、これらの空間内の空気が除去されると共に、異物が除去される。そのため、その後水素の充填および放出を開始した際に、上記第1空間から車載タンクへ異物が混入することを抑制することができる。さらには、空気の存在による水素の酸化発熱が生じる危険を回避することもできる。
また、上記脱着時においては、上記第1空間に残存する高圧の水素ガスを吸引除去することができる。そのため、上記接続ユニットを外した際に開放される上記第1空間から水素が空気中に放出されて空気と触れて酸化発熱する危険を回避することができる。
また、上記脱着時においては、上記第1空間に残存する高圧の水素ガスを吸引除去することができる。そのため、上記接続ユニットを外した際に開放される上記第1空間から水素が空気中に放出されて空気と触れて酸化発熱する危険を回避することができる。
このように、本発明の水素供給ステーションは、上記構成の接続ユニットを備えることにより、車載タンクとの接続作業を非常に安全に行うことができる。したがって、上記水素供給ステーションを用いることにより、車載タンクへの水素の充填作業を安全に効率よく行うことができるのである。
本発明の水素供給ステーションにおいて、上記吸引経路は、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されていることが好ましい(請求項2)。この場合には、上記第1空間から吸引したガス又は異物をそのまま放出して環境を悪化させることを防止することができる。上記分解処理する処理装置としては、例えば、吸引したものを燃焼して分解する処理装置などを適用することができる。
また、上記接続ユニットは、上記車載タンクから放出された水素を通す放出パスと、その連通状態を制御する放出パス用開閉弁を内蔵しており、上記接続ユニットにおける上記放出パスの開口部と上記放出パス用開閉弁との間の第2空間には、第2リリースポートを開口させてあり、該第2リリースポートには上記吸引経路が接続されていることが好ましい(請求項3)。この場合には、上記放出パスを設けた場合に、上記第2空間のガス又は異物を除去することができ、上述した第1空間のガス又は異物を除去する効果と同様の効果を得ることができる。
また、上記充填パスに加えて上記放出パスを設けることによって、水素供給ステーションから車載タンクへの水素の充填作業をより効率よくより安全に行うことができる。
すなわち、上記車載タンクの接続口にも上記充填パスに通ずる通路と放出パスに通ずる通路とを設けておき、この接続口と接続ユニットとを接続することにより、車載タンクと水素供給ステーションとの間に2つの水素通路を連通させることができる。そして、充填パスから車載タンクに水素を高速で供給する。このとき、車載タンク内に進入した水素は、体積や圧力の変化によって急激に発熱する。そこで、上記放出パスからは、車載タンク内の一部の水素をタンク外に放出する。これにより、車載タンク内の熱は、水素自体が熱媒体となって外部に放出され、車載タンクの温度上昇および圧力上昇を抑制することができる。そのため、上記充填パスからの水素の充填作業を、効率よく安全に行うことができる。
また、車載タンクから上記のようにして熱を放出することができるので、車載タンク内部などに複雑な構造の熱交換器を設けたりすることを不要にすることもできる。
すなわち、上記車載タンクの接続口にも上記充填パスに通ずる通路と放出パスに通ずる通路とを設けておき、この接続口と接続ユニットとを接続することにより、車載タンクと水素供給ステーションとの間に2つの水素通路を連通させることができる。そして、充填パスから車載タンクに水素を高速で供給する。このとき、車載タンク内に進入した水素は、体積や圧力の変化によって急激に発熱する。そこで、上記放出パスからは、車載タンク内の一部の水素をタンク外に放出する。これにより、車載タンク内の熱は、水素自体が熱媒体となって外部に放出され、車載タンクの温度上昇および圧力上昇を抑制することができる。そのため、上記充填パスからの水素の充填作業を、効率よく安全に行うことができる。
また、車載タンクから上記のようにして熱を放出することができるので、車載タンク内部などに複雑な構造の熱交換器を設けたりすることを不要にすることもできる。
また、上記接続ユニットは、上記充填パス及び上記放出パスを通過する水素を冷却するための熱交換器を内蔵していることが好ましい(請求項4)。この場合には、記充填パスを通る充填用の水素は充填直前に冷却されてから車載タンクに充填されるので、車載タンクの温度上昇をさらに抑制することができる。また、上記のごとく、放出パスも備えられている場合には、車載タンクから放出された水素は、接続ユニット内において上記熱交換器によってすぐに冷却される。そのため、放出された水素が運んできた熱を、当該水素の回収先または循環先に持ち込むことを抑制することができる。それ故、水素供給ステーションと車載タンクとの間の水素流路全体から不要な熱を排除することができ、より安全な水素充填作業を実現することができる。
また、上記接続ユニットは、その内部において上記放出パスを上記充填パスに接続して循環ルートを形成していることが好ましい(請求項5)。この場合には、上記車載タンクから熱媒体として放出した水素を、上記接続ユニット内部において冷却し、その直後に上記充填パスに戻すことができる。そのため、圧力損失の少ない短い循環ルートをとることができ、効率のよい水素の循環を実現することができる。
また、上記水素供給タンクは、備蓄する水素の圧力ステージを複数段に異ならせた複数の備蓄タンクにより構成されていると共に、上記供給ラインに接続する上記備蓄タンクを切り替える切り替え装置に連結されていることが好ましい(請求項6)。ここで、上記圧力ステージは、備蓄タンクに備蓄する水素の圧力のレベルを示すものである。そして、複数段の圧力ステージとしては、例えば、第1の備蓄タンクを5MPaの圧力ステージのもの、第2の備蓄タンクを10MPaの圧力ステージのもの、、、というような順次圧力レベルを高めた設定にすることができる。
この場合には、上記のごとく、圧力ステージを複数段に異ならせた複数の備蓄タンクを有しており、上記切り替え装置によって、供給ラインに接続する備蓄タンクを切り替えることができる。そのため、水素の供給先である車載タンクの種類や充填状態に応じて使用する備蓄タンクを変更することができる。また、使用する備蓄タンクの変更によって、供給すべき水素の圧力を容易に変更することができる。それ故、接続された車載タンクごとに、最適な供給条件を容易に実現することができ、車載タンクへの安全で効率のよい水素充填作業を行うことができる。
本発明の実施例に係る水素供給ステーションにつき、図1〜図7を用いて説明する。
本例の水素供給ステーション1は、車両に搭載された車載タンク9に対して水素を供給するための水素供給ステーションである。
水素供給ステーション1は、図1、図2に示すごとく、車載タンク9に供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンク10(図2)と、該水素供給タンク10と車載タンク9との間の水素供給経路31を形成する供給ライン3と、該供給ライン3と車載タンク9の接続口90とを接続する接続ユニット4とを有してなる。
該接続ユニット4は、車載タンク9に水素を送る通路である充填パス41と、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁413とを内蔵している。
図4に示すごとく、接続ユニット4における充填パス41の開口部410と充填パス用開閉弁413との間の第1空間451には、第1リリースポート461を開口させてあり、該第1リリースポート461には、第1空間451の内部を吸引するための吸引経路460が接続されている。
本例の水素供給ステーション1は、車両に搭載された車載タンク9に対して水素を供給するための水素供給ステーションである。
水素供給ステーション1は、図1、図2に示すごとく、車載タンク9に供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンク10(図2)と、該水素供給タンク10と車載タンク9との間の水素供給経路31を形成する供給ライン3と、該供給ライン3と車載タンク9の接続口90とを接続する接続ユニット4とを有してなる。
該接続ユニット4は、車載タンク9に水素を送る通路である充填パス41と、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁413とを内蔵している。
図4に示すごとく、接続ユニット4における充填パス41の開口部410と充填パス用開閉弁413との間の第1空間451には、第1リリースポート461を開口させてあり、該第1リリースポート461には、第1空間451の内部を吸引するための吸引経路460が接続されている。
また、接続ユニット4は、図1、図4に示すごとく、上記充填パス41に加えて、車載タンク9から放出された水素を通す放出パス42と、その連通状態を制御する放出パス用開閉弁423を内蔵している。そして、接続ユニット4における放出パス42の開口部420と放出パス用開閉弁423との間の第2空間452には、第2リリースポート462を開口させてあり、該第2リリースポート462には上記吸引経路460が接続されている。
そして、吸引経路460は、吸引ポンプ89を介して、吸引したものを回収して分解処理する処理装置8に接続されている。本例の処理装置8は、吸引したものを燃焼して分解するように構成されている。
そして、吸引経路460は、吸引ポンプ89を介して、吸引したものを回収して分解処理する処理装置8に接続されている。本例の処理装置8は、吸引したものを燃焼して分解するように構成されている。
また、本例の接続ユニット4は、図1に示すごとく、上記充填パス41と放出パス42を内蔵していると共に、上記熱交換器49を内蔵しており、さらに、その内部において放出パス42を充填パス41に三方弁71を介して接続して循環ルートを形成している。
また、同図に示すごとく、接続ユニット4は、車載タンク9から放出する水素の流量を制御する放出水素量制御装置48としてのポンプを放出パス42内に有している。
また、同図に示すごとく、接続ユニット4は、車載タンク9から放出する水素の流量を制御する放出水素量制御装置48としてのポンプを放出パス42内に有している。
また、図4に示すごとく、本例の接続ユニット4に内蔵した充填パス用開閉弁413と放出パス用開閉弁423とは、一体的に構成され連動するように構成してある。
すなわち、同図に示すごとく、接続ユニット4に設けられた充填パス41は、充填パス用開閉弁413よりも開口部410側に位置する第1の充填パス41aと、充填パス用開閉弁413と供給ライン3との間に位置する第2の充填パス41bとにより構成され、両者の間は貫通穴416を有する隔壁部411により仕切られている。
また、接続ユニット4に設けられた放出パス42は、放出パス用開閉弁423よりも開口部420側に位置する第1の放出パス42aと、放出パス用開閉弁423と供給ライン3との間に位置する第2の放出パス42bとにより構成され、両者の間は貫通穴426を有する隔壁部421により仕切られている。
すなわち、同図に示すごとく、接続ユニット4に設けられた充填パス41は、充填パス用開閉弁413よりも開口部410側に位置する第1の充填パス41aと、充填パス用開閉弁413と供給ライン3との間に位置する第2の充填パス41bとにより構成され、両者の間は貫通穴416を有する隔壁部411により仕切られている。
また、接続ユニット4に設けられた放出パス42は、放出パス用開閉弁423よりも開口部420側に位置する第1の放出パス42aと、放出パス用開閉弁423と供給ライン3との間に位置する第2の放出パス42bとにより構成され、両者の間は貫通穴426を有する隔壁部421により仕切られている。
上記第1の放出パス42aと第2の充填パス41bとは、略同軸上に連続的に設けてあると共に、その同軸上に上記充填パス用開閉弁413及び放出パス用開閉弁423を配設してある。充填パス用開閉弁413は、同図に示すごとく、そのテーパ状の外壁面417を充填パス41bのテーパ状の内壁面418に当接させることにより通路を遮断し、当接状態を解除することにより通路を開放するようになっている。そして、充填パス用開閉弁413から延設された軸部414の周囲にはスプリング415が配置され、これの付勢力により充填パス用開閉弁413の当接状態を維持している。この充填パス開閉弁413は、所定の水素圧力がかかった際に、スプリング415の付勢力に抗して上記当接状態を解除するように構成されている。
上記放出パス用開閉弁423は、上記充填パス用開閉弁413から延設された軸部414に接続され、上述した隔壁部411及び421に対して摺動するように配設されている。また、放出パス用開閉弁423は、各隔壁部411及び421にそれぞれ設けた貫通穴416、426に対面し、摺動位置によってこれを閉塞したり開放したりするように構成されている。また、放出パス用開閉弁423は、隔壁部421に対面する側面から、第1の放出パス42aに向いた先端面まで貫通する連通穴424を有している。
そして、放出パス用開閉弁423は、上記軸部414を介して充填パス用開閉弁413と連動して進退するように構成されており、充填パス用開閉弁413が上記当接状態にある場合には貫通穴416及び426を閉塞し、充填パス用開閉弁413が上記当接状態を解除した場合には、貫通穴416を開放すると共に、貫通穴426を連通穴424に連通させるようにしてある。
一方、車載タンク9の接続口90にも、接続ユニット4内とほぼ同じ構造の第1バルブ913及び第2バルブ923を設けてある。具体的には、図6に示すごとく、接続口90には、接続ユニット4の充填パス41に接続される充填パス91と、接続ユニット4の放出パス42に接続される放出パス92とを設けてある。接続口90に設けられた充填パス91は、第1バルブ913よりもタンク側に位置する第1の充填パス91aと、第1バルブ913と開口部910との間に位置する第2の充填パス91bとにより構成され、両者の間は貫通穴916を有する隔壁部911により仕切られている。
また、接続口90に設けられた放出パス92は、第2バルブ923よりもタンク側に位置する第1の放出パス92aと、第2バルブ923と開口部920との間に位置する第2の放出パス92bとにより構成され、両者の間は貫通穴926を有する隔壁部921により仕切られている。そして、上記第1バルブ913及び第2バルブ923の動作についても、接続ユニット4内の充填パス用開閉弁413及び放出パス用開閉弁423と同様である。
なお、接続ユニット4および接続口90に内蔵する弁体の構造としては、上記のごとく一体構造のものの他に、様々な弁体構造を適用することが可能である。
また、接続口90に設けられた放出パス92は、第2バルブ923よりもタンク側に位置する第1の放出パス92aと、第2バルブ923と開口部920との間に位置する第2の放出パス92bとにより構成され、両者の間は貫通穴926を有する隔壁部921により仕切られている。そして、上記第1バルブ913及び第2バルブ923の動作についても、接続ユニット4内の充填パス用開閉弁413及び放出パス用開閉弁423と同様である。
なお、接続ユニット4および接続口90に内蔵する弁体の構造としては、上記のごとく一体構造のものの他に、様々な弁体構造を適用することが可能である。
また、上述したように、図4、図5に示すごとく、接続ユニット4における充填パスの開口部410と充填パス用開閉弁413との間の第1空間451、及び放出パス42の開口部420と放出パス用開閉弁423との間の第2空間452には、それぞれ第1リリースポート461及び第2リリースポート462を開口させてある。そして、第1リリースポート461及び第2リリースポート462には、上記第1空間451及び第2空間452の内部を吸引するための吸引経路460が接続されている。吸引経路460は、図1〜図3に示すごとく、吸引ポンプ89を介して、吸引したものを回収して分解処理する処理装置8に接続されている。
また、図3に示すごとく、接続ユニット4は、供給ライン3の先端に配設されている。そして、供給ライン3には、接続ユニット4内の充填パス41に連結される水素供給経路31と、上記熱交換器49に循環させる冷媒を通す冷媒通路39と、放出水素量制御装置48としてのポンプに供給する駆動用電力を流す動力伝達パス38と、上記吸引経路460とを並列に内蔵させてある。
そして、上記水素供給経路31、冷媒通路39、動力伝達パス38、及び吸引経路460を内蔵した供給ライン3は、可撓性を有するフレキシブルパイプより構成されており、その先端に配設された接続ユニットを任意の位置に自由に移動させることができるようにしてある。
なお、水素供給ステーション1における上記水素供給タンク10を備えた本体部側には、上記供給ライン3に内蔵された各通路に接続される機器が設けられる。具体的には、水素供給ステーション1の本体部において、図2に示すごとく、上記水素供給経路31は上記切り替え装置5に接続され、冷媒通路39は冷媒循環装置(図示略)に接続され、動力伝達パス38は電源装置(図示略)に接続され、吸引経路460は上記処理装置8に接続されている。
なお、水素供給ステーション1における上記水素供給タンク10を備えた本体部側には、上記供給ライン3に内蔵された各通路に接続される機器が設けられる。具体的には、水素供給ステーション1の本体部において、図2に示すごとく、上記水素供給経路31は上記切り替え装置5に接続され、冷媒通路39は冷媒循環装置(図示略)に接続され、動力伝達パス38は電源装置(図示略)に接続され、吸引経路460は上記処理装置8に接続されている。
また、本例の水素供給ステーション1は、図2に示すごとく、水素供給タンク10として、7つの備蓄タンク11〜17、すなわち、第1タンク11、第2タンク12、...第7タンク17を有している。第1タンク11が最も低い最下段の圧力ステージに属するものであり、順次、第2タンク12、第3タンク13と所定値ずつ圧力を高めた上段の圧力ステージに属し、第7タンク17が最も高い最上段の圧力ステージに属する備蓄タンクである。
各備蓄タンク11〜17の下流側には、複数のバルブ(図示略)を組み合わせて構成された切り替え装置5が接続され、この切り替え装置5の操作によって供給ライン3に接続される備蓄タンクを選択するようになっている。
また、同図に示すごとく、各備蓄タンク11〜17には、供給ライン3に連結される水素回収路39が、戻り切り替え装置6を介して接続されており、供給ライン3の水素供給経路31内又は切り替え装置5内の余剰の水素を備蓄タンク11〜17に回収可能に構成されている。戻り切り替え装置6は、複数のバルブ(図示略)を組み合わせて構成される。
なお、この水素供給タンク10の構成は、上記のような複数の圧力ステージに属する不空数の備蓄タンクよりなるものが最も好ましいが、この構成に代えて、1つの備蓄タンクに水素を貯留し、その圧力を増圧又は減圧して供給ライン3に供給するような構成を取ることも可能である。
また、同図に示すごとく、各備蓄タンク11〜17には、供給ライン3に連結される水素回収路39が、戻り切り替え装置6を介して接続されており、供給ライン3の水素供給経路31内又は切り替え装置5内の余剰の水素を備蓄タンク11〜17に回収可能に構成されている。戻り切り替え装置6は、複数のバルブ(図示略)を組み合わせて構成される。
なお、この水素供給タンク10の構成は、上記のような複数の圧力ステージに属する不空数の備蓄タンクよりなるものが最も好ましいが、この構成に代えて、1つの備蓄タンクに水素を貯留し、その圧力を増圧又は減圧して供給ライン3に供給するような構成を取ることも可能である。
また、本例では、切り替え装置5の下流側に水素の流量を測定する流量計81を配置してある。そして、水素供給ステーション1は、流量計81、三方弁71、72、切り替え装置5、及び戻り切り替え装置6等の制御すべき機器を制御するための制御装置を有しており、この制御装置の指示に従って動作するように構成してある。特に、上記切り替え装置5は、流量計81によって測定される水素流量を基にして接続する上記備蓄タンク11〜17を切り替えるよう構成されている。
次に、本例の水素供給ステーション1によって車載タンク9に水素を供給する場合の使用方法につき説明する。
まず、上記接続ユニット4を、車載タンク9の接続口に接続する。このとき、図7に示すごとく、接続ユニット4の充填パス41及び放出パス42の開口部410及び420を、車載タンク9の接続口90における充填パス91及び放出パス92の開口部910及び920にそれぞれ対面させ、連通させる。
まず、上記接続ユニット4を、車載タンク9の接続口に接続する。このとき、図7に示すごとく、接続ユニット4の充填パス41及び放出パス42の開口部410及び420を、車載タンク9の接続口90における充填パス91及び放出パス92の開口部910及び920にそれぞれ対面させ、連通させる。
次いで、水素の供給を開始する前に、処理装置8の下流の吸引ポンプ89を駆動させる。これにより、吸引経路460が接続された第1リリースポート461及び第2リリースポート462を介して、第1空間451及び第2空間452の内部を吸引することができる。これら第1空間451及び第2空間452は、車載タンク9の接続口90の第1バルブ913及び第2バルブ923のところまで延長された空間となっており、その部分も含めて不要なガスや異物が除去される。そして、吸引されたガスや異物は、上記処理装置8内に回収され、燃焼によって分解除去される。
このように、本例では、水素充填作業を開始する前に、上記第1空間451及び第2空間452を減圧状態としてその内部の空気を除去すると共に異物を除去する。これにより、その後水素の充填および放出を開始した際に、第1空間451から車載タンク9へ異物が混入することを抑制することができる。さらには、空気の存在による水素の酸化発熱が生じる危険を回避することもできる。
次に、水素供給ステーション1の各バルブを操作して、水素の供給を開始する。
すなわち、図2に示すごとく、供給ライン3の水素供給経路31から水素が圧送されてくると、接続ユニット4の充填パス41において熱交換器49を通過して冷却された後充填パス用開閉弁413まで到達する。そして、図7に示すごとく、水素の圧力により、充填パス用開閉弁413がスプリング415に抗して当接状態から解かれ、開弁状態となる。これと同時に、放出パス用開閉弁423も後退し、貫通穴416が開放されると共に、貫通穴426が連通穴424と連通した状態となる。
すなわち、図2に示すごとく、供給ライン3の水素供給経路31から水素が圧送されてくると、接続ユニット4の充填パス41において熱交換器49を通過して冷却された後充填パス用開閉弁413まで到達する。そして、図7に示すごとく、水素の圧力により、充填パス用開閉弁413がスプリング415に抗して当接状態から解かれ、開弁状態となる。これと同時に、放出パス用開閉弁423も後退し、貫通穴416が開放されると共に、貫通穴426が連通穴424と連通した状態となる。
これにより、第2の充填パス41bに進入した水素は貫通穴416を通って第2の充填パス41aに進入して車載タンク9の第2の充填パス91bに進入する。すると、接続口90の第1バルブ913がスプリング915に抗して当接状態を解除し、開弁状態となる。これと同時に、第2バルブ923も後退し、貫通穴916が開放されると共に、貫通穴926が連通穴924と連通した状態となる。
そのため、接続ユニット4の第2の充填パス41bに進入した水素は、順次貫通穴416、第1の充填パス41a、接続口90の第2の充填パス91b、貫通穴916、及び第1の充填パス91aを通って車載タンク9に送られる。
一方、車載タンク9からは、接続口90の第1の放出パス92a、連通穴924、貫通穴926、第2の放出パス92b、接続ユニット4の第1の放出パス41a、貫通穴426、及び第2の放出パス41bを通って放出される。
放出された水素は、さらに放出パス41の熱交換器49を通って冷却されて三方弁71に到達し、再び充填パス41へと導入される。また、充填パス41においては、放出水素量制御装置48を備えているので、放出する水素の流量は適宜調整することが可能である。
一方、車載タンク9からは、接続口90の第1の放出パス92a、連通穴924、貫通穴926、第2の放出パス92b、接続ユニット4の第1の放出パス41a、貫通穴426、及び第2の放出パス41bを通って放出される。
放出された水素は、さらに放出パス41の熱交換器49を通って冷却されて三方弁71に到達し、再び充填パス41へと導入される。また、充填パス41においては、放出水素量制御装置48を備えているので、放出する水素の流量は適宜調整することが可能である。
このような水素の流れを実現することによって、車載タンク9への水素充填作業を効率よく、かつ、安全に行うことができる。
すなわち、充填パス41、91から車載タンク9に水素を高速で供給すると、車載タンク9内に進入した水素が、体積や圧力の変化によって急激に発熱する。一方、本例では、放出パス92、42から、車載タンク9内の一部の水素をタンク外に放出する。これにより、車載タンク9内の熱は、水素自体が熱媒体となって外部に放出され、車載タンク9の温度上昇および圧力上昇を抑制することができる。そのため、上記充填パス41、91からの水素の充填作業を、効率よく安全に行うことができる。
また、車載タンク9から上記のようにして熱を放出することができるので、車載タンク9内部などに複雑な構造の熱交換器を設けたりすることを不要にすることもできる。
すなわち、充填パス41、91から車載タンク9に水素を高速で供給すると、車載タンク9内に進入した水素が、体積や圧力の変化によって急激に発熱する。一方、本例では、放出パス92、42から、車載タンク9内の一部の水素をタンク外に放出する。これにより、車載タンク9内の熱は、水素自体が熱媒体となって外部に放出され、車載タンク9の温度上昇および圧力上昇を抑制することができる。そのため、上記充填パス41、91からの水素の充填作業を、効率よく安全に行うことができる。
また、車載タンク9から上記のようにして熱を放出することができるので、車載タンク9内部などに複雑な構造の熱交換器を設けたりすることを不要にすることもできる。
また、上記接続ユニット4には、上記熱交換器49を内蔵している。そのため、上記充填パス41を通る充填用の水素は充填直前に冷却されてから車載タンク9に充填されるので、車載タンクの温度上昇をさらに抑制することができる。
特に、本例では、接続ユニット4の内部において、放出パス42を充填パス41に接続して循環ルートを形成しているので、車載タンク9から熱媒体として放出した水素が、熱交換器49によって冷却された直後に充填パス41に戻される。そのため、圧力損失の少ない短い循環ルートをとることができ、効率のよい水素の循環を実現することができる。
特に、本例では、接続ユニット4の内部において、放出パス42を充填パス41に接続して循環ルートを形成しているので、車載タンク9から熱媒体として放出した水素が、熱交換器49によって冷却された直後に充填パス41に戻される。そのため、圧力損失の少ない短い循環ルートをとることができ、効率のよい水素の循環を実現することができる。
また、水素供給ステーション1から車載タンク9への水素の充填作業が完了した際には、上記接続ユニット4を車載タンク9の接続口90から取り外す前に、上記吸引経路460にある吸引ポンプ89を駆動させる。これにより、吸引経路460が接続された第1リリースポート461及び第2リリースポート462を介して、第1空間451及び第2空間452の内部を吸引することができる。これにより、第1空間451及び第2空間452内にある残存水素が処理装置8内に回収され、燃焼によって分解除去される。
そして、これにより、接続ユニット4を接続口90から外した際に、開放される第1空間451及び第2空間452から水素が空気中に放出されて空気と触れて酸化発熱する危険を回避することができる。
そして、これにより、接続ユニット4を接続口90から外した際に、開放される第1空間451及び第2空間452から水素が空気中に放出されて空気と触れて酸化発熱する危険を回避することができる。
次に、本例における水素供給タンク10の使用方法について簡単に説明する。
本例の水素供給ステーション1に接続された車載タンク9に水素を充填するに当たっては、まず、切り替え装置5の操作によって、圧力ステージが最も低い第1タンク11を供給ライン3に接続する。そして、三方弁71、72を操作して、第1タンク11から水素供給経路31及び充填パス41を用いて車載タンク9に水素を圧送する。
本例の水素供給ステーション1に接続された車載タンク9に水素を充填するに当たっては、まず、切り替え装置5の操作によって、圧力ステージが最も低い第1タンク11を供給ライン3に接続する。そして、三方弁71、72を操作して、第1タンク11から水素供給経路31及び充填パス41を用いて車載タンク9に水素を圧送する。
また、車載タンク9からは、放出パス42を用いて充填された水素の一部を放出する。これにより、上記のごとく、放出される水素は、これ自体が熱媒体となって車載タンク9内の熱を外部に導き、車載タンク9の急激な温度上昇を抑制する効果を発揮する。
このようにして第1タンク11からの水素充填が進んでくると、第1タンク11内の水素圧力と車載タンク9内の水素圧力の差異が縮まってくる。これにより、充填される水素の流量が低下し、充填速度が低下する。このことは、流量計81による水素流量の測定により把握することができる。
本例の水素供給ステーション1では、流量計81により測定した水素流量が所定値を下回った時点で、切り替え装置5を操作して接続する備蓄タンクを1つ上段の圧力ステージのものに切り替える。
本例の水素供給ステーション1では、流量計81により測定した水素流量が所定値を下回った時点で、切り替え装置5を操作して接続する備蓄タンクを1つ上段の圧力ステージのものに切り替える。
すなわち、本例では、車載タンク9に対して水素を供給するに当たっては、最初に上記第1タンク11を車載タンク9に接続して水素の供給を開始し、その後、供給する水素流量が所定値未満の場合には、車載タンク9に接続する備蓄タンクを順次1つ上段の圧力ステージに属する備蓄タンクに切り替えて水素の供給を行う。この充填方法を用いることにより、備蓄タンク11〜17と車載タンク9との間の圧力差を適正に保って効率のよい水素充填作業を実現することができる。
また、上記流量計81による累積流量を測定することにより、車載タンク9への充填量が所定量に達したことを把握することができ、その時点で水素供給タンク10から車載タンク9への水素の供給をタイミングよく停止することができる。そして、水素の供給の停止後は、三方弁71、72の操作によって、充填パス41及び水素供給経路31を水素回収路39に連通させる。また、戻り切り替え装置6により、水素回収路39を1つの備蓄タンクに接続する。これにより、充填パス31、放出パス32等に残っていた残存水素は水素供給タンク10を構成する備蓄タンク11〜17に戻される。
このように、本例の水素供給ステーション1は、圧力ステージを異ならせた複数の備蓄タンク11〜17を有しており、上記切り替え装置5によって、供給ライン3に接続する備蓄タンクを切り替えることができる。そのため、水素の供給先である車載タンク9の種類や充填状態に応じて使用する備蓄タンク11を変更することができる。特に、本例では、上記のごとく第1タンク11から順次圧力ステージを上げていくので、最適な供給条件を容易に実現することができ、車載タンク9への安全で効率のよい水素充填作業を行うことができる。
また、本例の水素供給ステーション1は、上記水素回収路39をも備えているので、水素の有効利用を図ることもできる。
なお、上記のような第1タンク11から順次圧力ステージを高める充填方法に代えて、車載タンク9の仕様、充填状態等に応じて、最初から特定の備蓄タンクに接続する方法をとることも可能である。
なお、上記のような第1タンク11から順次圧力ステージを高める充填方法に代えて、車載タンク9の仕様、充填状態等に応じて、最初から特定の備蓄タンクに接続する方法をとることも可能である。
1 水素供給ステーション
10 水素供給タンク
11〜17 備蓄タンク
3 供給ライン
31 水素供給経路
4 接続ユニット
41 充填パス
413 充填パス用開閉弁
42 放出パス
423 放出パス用開閉弁
451 第1空間
452 第2空間
460 吸引経路
461 第1リリースポート
462 第2リリースポート
48 放出水素量制御装置
49 熱交換器
8 処理装置
5 切り替え装置
9 車載タンク
90 接続口
10 水素供給タンク
11〜17 備蓄タンク
3 供給ライン
31 水素供給経路
4 接続ユニット
41 充填パス
413 充填パス用開閉弁
42 放出パス
423 放出パス用開閉弁
451 第1空間
452 第2空間
460 吸引経路
461 第1リリースポート
462 第2リリースポート
48 放出水素量制御装置
49 熱交換器
8 処理装置
5 切り替え装置
9 車載タンク
90 接続口
Claims (6)
- 車両に搭載された車載タンクに対して水素を供給するための水素供給ステーションであって、
上記車載タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクと、該水素供給タンクと上記車載タンクとの間の水素供給経路を形成する供給ラインと、該供給ラインと上記車載タンクの接続口とを接続する接続ユニットとを有してなり、
該接続ユニットは、上記車載タンクに水素を送る通路である充填パスと、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁とを内蔵しており、
上記接続ユニットにおける上記充填パスの開口部と上記充填パス用開閉弁との間の第1空間には、第1リリースポートを開口させてあり、該第1リリースポートには上記第1空間の内部を吸引するための吸引経路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーション。 - 請求項1において、上記吸引経路は、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されていることを特徴とする水素供給ステーション。
- 請求項1又は2において、上記接続ユニットは、上記車載タンクから放出された水素を通す放出パスと、その連通状態を制御する放出パス用開閉弁を内蔵しており、上記接続ユニットにおける上記放出パスの開口部と上記放出パス用開閉弁との間の第2空間には、第2リリースポートを開口させてあり、該第2リリースポートには上記吸引経路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーション。
- 請求項3において、上記接続ユニットは、上記充填パス及び上記放出パスを通過する水素を冷却するための熱交換器を内蔵していることを特徴とする水素供給ステーション。
- 請求項3又は4において、上記接続ユニットは、その内部において上記放出パスを上記充填パスに接続して循環ルートを形成していることを特徴とする水素供給ステーション。
- 請求項1〜5のいずれか1項において、上記水素供給タンクは、備蓄する水素の圧力ステージを複数段に異ならせた複数の備蓄タンクにより構成されていると共に、上記供給ラインに接続する上記備蓄タンクを切り替える切り替え装置に連結されていることを特徴とする水素供給ステーション。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003298953A JP2005069330A (ja) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | 水素供給ステーション |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2003
- 2003-08-22 JP JP2003298953A patent/JP2005069330A/ja active Pending
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