JP2007170443A - Gas using and resupplying system for hydrogen fueled automobile - Google Patents

Gas using and resupplying system for hydrogen fueled automobile Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize mechanical energy loss in a hydrogen resupply system when integrating total energy efficiency of the infrastructures of a hydrogen fueled automobile and a fuel storage reservoir. <P>SOLUTION: The system is provided for improving total efficiency of the infrastructures of the hydrogen fueled automobile and a resupplying station. Herein, (1) the consumption of pressure hydrogen gas stored in a mounted tank in use for the hydrogen fueled automobile and (2) the process of resupplying the gas to the mounted tank in the hydrogen resupplying station after the consumption of the mounted fuel supply amount usable in the tank are controlled according to a predetermined sequence including the usage of hydrogen in the mounted tank. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

［発明の詳細な説明］
［発明の分野］
本発明は、自動車に搭載して使用されたり、水素貯蔵及び補給ステーションでより大量に使用されるような複数の高圧貯蔵タンクからの水素ガスの引き出し、及びそれらへの水素ガスの補給を効率的に行うためのシステムに関する。 Detailed Description of the Invention
[Field of the Invention]
The present invention efficiently draws hydrogen gas from a plurality of high-pressure storage tanks used on a vehicle or used in a larger amount at a hydrogen storage and replenishment station, and supplies hydrogen gas to them efficiently. Related to the system to do.

［発明の背景］
水素を自動車の燃料として使用するとき、補給用の水素燃料貯蔵所インフラストラクチャーも開発しなければならない。一般的に、自動車の燃料電池又は内燃機関に動力を供給するために水素を使用する場合、約５０００ｐｓｉの範囲の最高圧力に維持される搭載燃料タンク内に水素が貯蔵される。燃料電池自動車の場合、燃料電池スタックへの水素導入の利用は約３０ｐｓｉで行われる。燃料電池又は内燃機関を有する自動車に動力を供給するための水素の消費及び搭載燃料タンクからの引き出しは、運転者及び自動車の速度、加速度及び他の動力ニーズのオンデマンド制御を行いたいという自動車運転者の要望と円滑に関係付けなければならない。燃料貯蔵所及び車載タンクのシステム全体のエネルギ効率及びそれらの相関関係の向上が、望ましい目標である。 [Background of the invention]
When using hydrogen as a vehicle fuel, a refueling hydrogen fuel storage infrastructure must also be developed. In general, when using hydrogen to power an automobile fuel cell or internal combustion engine, the hydrogen is stored in an onboard fuel tank maintained at a maximum pressure in the range of about 5000 psi. In the case of a fuel cell vehicle, the introduction of hydrogen into the fuel cell stack is performed at about 30 psi. The consumption of hydrogen to power a vehicle with a fuel cell or an internal combustion engine and the withdrawal from the onboard fuel tank will allow on-demand control of the driver and the vehicle's speed, acceleration and other power needs Must be smoothly associated with the demands of the workers. Improving the overall energy efficiency of fuel storage and onboard tank systems and their correlation is a desirable goal.

水素燃料自動車は、水素を車上に貯蔵するために高圧水素貯蔵タンクを使用するであろう。１つの大型タンクよりもむしろ複数の円筒形の小型タンクを使用することが、自動車構造の目的には好ましい。現在のやり方は、必要に応じて、並列の出口関係を有する複数のタンクの各々から等しく水素を同時に引き出すものである。一般的に、すべてのタンク用のソレノイド出口弁が同時に開き、自動車の走行時に水素が消費されるのに伴って、すべてのタンクで圧力が等しく低下する。   Hydrogen fueled vehicles will use high pressure hydrogen storage tanks to store hydrogen on the vehicle. The use of multiple cylindrical small tanks rather than one large tank is preferred for automotive structural purposes. Current practice is to draw hydrogen simultaneously from each of a plurality of tanks having parallel outlet relationships as needed. In general, the solenoid outlet valves for all tanks open simultaneously and the pressure drops equally in all tanks as hydrogen is consumed while the vehicle is running.

水素補給ステーションの構造では、ステーションの個々のタンク内に貯蔵されている大量の加圧水素の複数バンクが存在するカスケード式補充プロセスを使用して車載タンクに水素ガスを補給するための装置及びシステムを用いることができる。（最低圧力の）第１バンクを使用して、自動車内の個別タンクの１つ又は複数と圧力を等しくし、それから次のバンクを使用して、車載タンク内の増加圧力と等しくし、それから次のバンクを順番に、すべてのバンクの圧力が等しくなる、又は車載タンクの補充圧力に達するまで、使用していく。この構造では、補充ステーションの第１バンクが車載タンクより低圧である場合、第１バンクを補充プロセスに使用することができず、その結果、車載タンクの圧力より高圧であるステーションの次のバンクを使用しなければならない。その結果、補給ステーション側の、車載タンクより低圧のバンク内に貯蔵されている水素を自動車燃料供給源の補充に使用することができず、補給ステーションのより高圧の残りのタンクを使用しなければならない。この必要なシーケンスは、より高圧のバンク内の水素を使い尽くすが、より低圧のバンク内の水素を完全に使用することはできない。   The structure of the hydrogen replenishment station includes an apparatus and system for replenishing an on-board tank with hydrogen gas using a cascaded replenishment process in which there are multiple banks of pressurized hydrogen stored in individual tanks of the station. Can be used. Use the first bank (at the lowest pressure) to equalize the pressure with one or more of the individual tanks in the car, then use the next bank to equal the increased pressure in the onboard tank, and then The banks are used in sequence until all banks have equal pressures or the on-board tank refill pressure is reached. In this structure, if the first bank of the refill station is at a lower pressure than the onboard tank, the first bank cannot be used for the refill process, so that the next bank of the station that is higher than the pressure of the onboard tank is not used. Must be used. As a result, hydrogen stored in a bank at a lower pressure than the tank on the vehicle at the replenishment station cannot be used to replenish the automobile fuel supply, and the remaining tank at a higher pressure at the refueling station must be used. Don't be. This necessary sequence uses up the hydrogen in the higher pressure bank, but cannot fully use the hydrogen in the lower pressure bank.

水素燃料自動車に水素を満たしたとき、加圧貯蔵タンクは２形態のエネルギ、すなわち水素自体からの化学エネルギと、水素ガスが貯蔵されている高圧に伴う機械及び熱エネルギとを含む。水素ガスが貯蔵されている高圧による機械エネルギは、自動車の走行時に利用されず、このため、水素を高圧で貯蔵することから生じる潜在的な機械エネルギが無駄になる。   When a hydrogen fueled vehicle is filled with hydrogen, the pressurized storage tank contains two forms of energy: chemical energy from the hydrogen itself and mechanical and thermal energy associated with the high pressure at which hydrogen gas is stored. The mechanical energy due to the high pressure at which hydrogen gas is stored is not utilized when the vehicle is running, so the potential mechanical energy resulting from storing hydrogen at a high pressure is wasted.

［発明の簡単な概要］
本発明の１つの目的は、水素燃料自動車及び燃料貯蔵所のインフラストラクチャーの全エネルギ効率に織り込んだときの水素補給システムにおける機械エネルギ損失を最小限に抑えることである。自動車に水素を補給する毎に、水素を車載タンク内へ圧縮するためにエネルギが必要であり、したがって、本発明の１つの目的は、水素燃料自動車の搭載燃料貯蔵タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを最小限に抑えることである。本発明のさらなる目的は、一度に１つのタンクで水素を複数のタンクから引き出し、且つそれらに補給し、それにより、タンクの補給に必要な圧縮エネルギを減少させるシステムを提供することである。 [Brief overview of the invention]
One object of the present invention is to minimize mechanical energy loss in the hydrogen replenishment system when factored into the overall energy efficiency of the hydrogen fueled vehicle and fuel storage infrastructure. Each time hydrogen is supplied to the vehicle, energy is required to compress the hydrogen into the onboard tank, and therefore one object of the present invention is to supply the onboard fuel storage tank of the hydrogen fueled vehicle. Minimizing compression energy. It is a further object of the present invention to provide a system that draws hydrogen from multiple tanks and replenishes them in one tank at a time, thereby reducing the compression energy required to replenish the tanks.

水素ステーションにおいて、複数の自動車を満たすのに使用可能な水素供給量が限られており、且つ水素ステーションが上記の複数バンクカスケード式補充戦略を使用する補給ステーション側において、車載タンクの圧力がステーションのバンク圧力のいずれよりも高いとき、そのステーションのバンクを使用して自動車に補充することができず、且つそれらのバンク内の水素を利用することができない。このため、車載タンクの圧力より高圧のバンクだけが使用され、より高圧のタンクのバンク内の圧力が使い尽くされ、その結果、後続の自動車が満杯まで受け取ることができない状況が生じる。本明細書に記載したシステムを使用して、水素燃料自動車の燃料ニーズに応える補給ステーションの能力を向上させることが、１つの目的である。本発明はまた、貯蔵所からタンクへのエネルギ効率を最大にする目的で複数の高圧貯蔵車載タンクから水素を引き出すシステムも提供する。   At the hydrogen station, the hydrogen supply available to fill multiple cars is limited, and at the refueling station side where the hydrogen station uses the multi-bank cascade refill strategy described above, the pressure on the onboard tank is When higher than any of the bank pressures, the station's bank cannot be used to refill the car and the hydrogen in those banks cannot be utilized. This results in a situation where only banks higher than the pressure in the on-board tank are used, and the pressure in the higher-pressure tank bank is exhausted, resulting in the subsequent vehicle being unable to receive until full. One objective is to use the system described herein to improve the refueling station's ability to meet the fuel needs of hydrogen fueled vehicles. The present invention also provides a system for drawing hydrogen from a plurality of high pressure storage vehicle tanks for the purpose of maximizing energy efficiency from the reservoir to the tank.

現時点では、複数の水素貯蔵タンクを有する自動車のすべての弁が、制御システムによって同時に開放されて、各タンクが燃料電池スタック又は内燃機関への水素の供給に等しく資することができる。しかしながら、現在の技術は、自動車の貯蔵所からタンクへのエネルギ効率、又は水素補充ステーションでの限られた水素供給の利用を最大にしない。本発明は、水素の圧縮に失われるエネルギを減少させ、その結果、貯蔵所からタンクへの効率を高め、それにより、環境、ステーション提供者及び自動車所有者に恩恵を与える。加えて、本発明は、限られた貯蔵能力を有する水素ステーションでの利用可能な水素量を増加させる。本発明では、車載タンク内の圧力が最低限に抑えられて、水素ステーションの低圧バンク内の水素を使用することができ、その結果、ステーションに貯蔵されている限られた水素をよりうまく利用することができる。
図面を考慮した好適な実施形態の以下の説明で、本発明をより十分に説明する。 At present, all valves of a motor vehicle having a plurality of hydrogen storage tanks can be opened simultaneously by the control system, each tank equally contributing to the supply of hydrogen to the fuel cell stack or the internal combustion engine. However, current technology does not maximize the energy efficiency from the car storage to the tank, or the limited hydrogen supply utilization at the hydrogen replenishment station. The present invention reduces the energy lost to hydrogen compression, thereby increasing the efficiency from the reservoir to the tank, thereby benefiting the environment, station providers and vehicle owners. In addition, the present invention increases the amount of hydrogen available at a hydrogen station with limited storage capacity. In the present invention, the pressure in the onboard tank is minimized and the hydrogen in the low pressure bank of the hydrogen station can be used, resulting in better utilization of the limited hydrogen stored in the station. be able to.
The invention will be described more fully in the following description of preferred embodiments in view of the drawings.

［本発明の作用構成］
本発明のシステムは、複数の搭載貯蔵タンクからなるバンク内の、一度に１つのタンクから水素を、締め切り圧力又は閾最低圧力に達するまで、引き出すことにより、水素燃料自動車の補給エネルギ効率を高める。使用中のタンク内で閾締め切り圧力に達したとき、順番に次のタンクが開放され、それにより、次のタンクから燃料電池又はエンジンにガスが流れることができる。このプロセスは、すべての車載タンクに対して繰り返される。自動車／補給ステーションシステム全体において、自動車に水素を補給するとき、タンクに補給するために必要な圧縮エネルギがより少なくなる。本発明は、補充ステーションの限られた水素量をより効果的に利用し、且つ補給後にステーションで（又は直接的に自動車へ）水素を圧縮して最高限度状態に戻すために必要なエネルギを減少させることによって、貯蔵所からタンクへの全エネルギ効率を高めるとともに、水素ステーションのガス利用を増加させる。本発明は、ステーションに高圧水素を保存し、事実上、ステーション側での水素利用を最大にする。ステーションの低圧水素のより多くが車載タンクの補充に使用され、より高圧の水素を保持し、且つステーションでの限られた水素供給を完全に利用する能力が向上するため、本発明を使用したステーションではより多くの自動車に満たすことができる。 [Operational configuration of the present invention]
The system of the present invention enhances the refueling energy efficiency of hydrogen fueled vehicles by drawing hydrogen from one tank at a time in a bank of multiple on-board storage tanks until the deadline pressure or threshold minimum pressure is reached. When the threshold deadline pressure is reached in the tank in use, the next tank is opened in turn so that gas can flow from the next tank to the fuel cell or engine. This process is repeated for all onboard tanks. In the entire vehicle / supply station system, when hydrogen is supplied to the vehicle, less compression energy is required to supply the tank. The present invention makes more efficient use of the limited amount of hydrogen at the refill station and reduces the energy required to compress the hydrogen back to the maximum limit at the station (or directly to the car) after refill. This increases the overall energy efficiency from the reservoir to the tank and increases the gas utilization of the hydrogen station. The present invention stores high pressure hydrogen in the station, effectively maximizing hydrogen utilization on the station side. Stations using the present invention because more of the station's low pressure hydrogen is used to refill the on-board tank, improving the ability to hold higher pressure hydrogen and fully utilize the limited hydrogen supply at the station Then you can fill more cars.

［実施形態］
図１は、自動車用の従来技術の水素貯蔵タンクシステムの一例を示す。第１タンク１は、チェック弁入口５及び切り換え式出口７を有する弁Ｖ１を備える。第２タンク２は、チェック弁入口６及び切り換え式出口８を有する弁Ｖ２を備える。第２、第３及び他のタンクＮ及び弁ＶＮも同様に並列に構成される。タンク１及びタンク２は、補給継手又はマニホルド１１及びガス利用継手又はマニホルド１２から延びる導管を介して並列に相互接続される。補給継手又はマニホルド１１は、導管１４を介して補給ノズル１０に相互接続可能である。ガス利用継手又はマニホルド１２は、導管１７及び１８を介して搭載タンク１及び２に相互接続され、これらの導管１７及び１８は、導管１９を介し、且つ高圧レギュレータ３２及び低圧レギュレータ１３を介して自動車燃料電池スタック又はエンジン１９ＦＣに通じている。一般的に、車載タンクは、半球形端部を有する円筒形であり、或る既定温度で約５０００ｐｓｉの最大定格容量の水素ガス量を貯蔵することができる。導管１５及び１６を通る補給モード、及び導管１７及び１８を通る消費モードでは、等しい圧力又は量の水素ガスが、それぞれ各並列タンクに送り込まれ、且つ各並列タンクから引き出される。自動車が始動するとき、燃料電池又はエンジンが動力を発生し始めることができる前に、タンク１の弁Ｖ１の出口７及びタンク２の弁Ｖ２の出口８が開いて、水素が流れることができる。通常、燃料電池スタック又は自動車エンジンに通じる搭載タンクの出口弁がすべて同時に開放されて、各タンクが水素を自動車に等しく供給することができる。水素が消費されると、車載タンクのすべてにおいて圧力が等しく低下する。 [Embodiment]
FIG. 1 shows an example of a prior art hydrogen storage tank system for an automobile. The first tank 1 comprises a valve V 1 having a check valve inlet 5 and a switchable outlet 7. The second tank 2 comprises a valve V 2 having a check valve inlet 6 and a switchable outlet 8. The second, third and other tanks N and valves VN are similarly configured in parallel. Tank 1 and tank 2 are interconnected in parallel via a conduit extending from a replenishing joint or manifold 11 and a gas utilization joint or manifold 12. A refill joint or manifold 11 is interconnectable to the refill nozzle 10 via a conduit 14. The gas utilization joint or manifold 12 is interconnected to the mounting tanks 1 and 2 via conduits 17 and 18, which are connected to the automobile via the conduit 19 and via the high pressure regulator 32 and the low pressure regulator 13. It leads to the fuel cell stack or engine 19FC. In general, onboard tanks are cylindrical with hemispherical ends and can store a maximum rated capacity hydrogen gas volume of about 5000 psi at a given temperature. In the replenishment mode through conduits 15 and 16 and the consumption mode through conduits 17 and 18, equal pressures or amounts of hydrogen gas are fed into and withdrawn from each parallel tank, respectively. When the automobile starts, before the fuel cell or engine can begin to generate power, the outlet 7 of the valve V1 of the tank 1 and the outlet 8 of the valve V2 of the tank 2 can be opened to allow hydrogen to flow. Normally, the outlet valves of the onboard tanks leading to the fuel cell stack or the car engine are all opened at the same time so that each tank can supply hydrogen equally to the car. As hydrogen is consumed, the pressure drops equally in all onboard tanks.

反対に、本発明のシステムは、一例では、一度に１つの燃料タンクの出口弁を開いて、単一のタンクの水素が燃料電池スタックへ、そのタンクの圧力が最低閾圧力又は締め切り圧力に達するまで流れることができ、その圧力に達した時点で、次のタンクの出口弁が順番に開き、その時に使用中のタンクの出口弁が閉じられ、それにより、（次の）満杯タンクの水素が燃料電池スタックへ流れる。すべてのタンク内のすべての水素が締め切りレベル又は動作可能閾レベルに引き出されるまで、又は車載タンクに補給されるまで、この順序が繰り返される。   Conversely, the system of the present invention, in one example, opens the outlet valve of one fuel tank at a time so that a single tank of hydrogen enters the fuel cell stack and the tank pressure reaches the minimum threshold pressure or cutoff pressure. When that pressure is reached, the next tank outlet valve opens in sequence, at which time the tank outlet valve in use is closed, so that the (next) full tank hydrogen is Flow to the fuel cell stack. This sequence is repeated until all hydrogen in all tanks is drawn to the deadline level or operational threshold level, or until the on-board tank is refilled.

図２Ａは、本発明の自動車水素貯蔵タンクシステムを示し、タンク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・２０ｎを順次相互接続且つ制御することができ、水素の引き出し及び補充を個々のタンク圧力によって決まる制御順序で進めることができる。タンク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・２０ｎは、それぞれ弁Ｖ２０ａ、Ｖ２０ｂ、Ｖ２０ｃ・・・Ｖ２０ｎを有し、その各々はそれぞれ、補給用の制御可能な入口２１、２３、２５・・・と、ガスを燃料電池又はエンジンが必要とするときに使用される制御可能な出口２２、２４、２６・・・とを有する。補給モードでは、継手又はマニホルド３０が、補給ステーションの燃料供給源に相互接続可能な補給ノズル１０に相互接続して、導管３０ａ、３０ｂ及び３０ｃ内のガス流が弁２１、２３及び２５を通ってタンク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・２０ｎに順番に補給することができる。動作モードでは、弁２１、２３及び２５が閉鎖されて、弁２２、２４、２６・・・がそれぞれ切り換えられて開くとき、タンク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・２０ｎから順番に引き出され、それにより、導管３１ａ、３１ｂ及び３１ｃ内のガスを順番に、燃料電池スタックを有する例では、導管１９を通って第１圧力レギュレータ３２（圧力を約５０００ｐｓｉの最大値から低下させ、ガスが消費されるのに伴って、ほぼ均一の１００ｐｓｉレベルまで低下させる）及び第２圧力レギュレータ１３（圧力を約１００ｐｓｉから約３０ｐｓｉまで低下させて維持する）に、最終的には、適当な所定の動作圧力で燃料電池スタック１９ＦＣに流すことができる。車載燃料電池スタックの一構造例では、最低残留タンク（又は締め切り又は動作閾最小）圧力が約１５０ｐｓｉであり、この圧力で、タンクに対応した制御可能な出口弁が閉じる。好ましくは、タンクの出口弁が閉じる前に、次に続くタンクの出口弁を開放し、それにより、燃料電池への水素の供給が中断されないようにする。本出願で言及するように、システム内では自動チェック弁以外にも、他の方法で制御可能な弁をソレノイド又は他のアクチュエータ手段によって操作してもよい。   FIG. 2A shows the automotive hydrogen storage tank system of the present invention, where the tanks 20a, 20b, 20c... 20n can be sequentially interconnected and controlled, and the control sequence determined by the individual tank pressures for hydrogen withdrawal and refilling. You can proceed with. Tanks 20a, 20b, 20c... 20n have valves V20a, V20b, V20c... V20n, respectively, each of which has controllable inlets 21, 23, 25. With controllable outlets 22, 24, 26... Used when the fuel cell or engine needs them. In refill mode, the fitting or manifold 30 is interconnected to a refill nozzle 10 that is interconnectable to a refueling station fuel supply so that the gas flow in conduits 30a, 30b and 30c passes through valves 21, 23 and 25. Tanks 20a, 20b, 20c... 20n can be replenished in order. In the operating mode, when the valves 21, 23 and 25 are closed and the valves 22, 24, 26... Are switched and opened respectively, the tanks 20a, 20b, 20c. In the example with the fuel cell stack, the gas in the conduits 31a, 31b and 31c in turn, through the conduit 19 the first pressure regulator 32 (the pressure is reduced from a maximum value of about 5000 psi and the gas is consumed. ) To a substantially uniform 100 psi level) and a second pressure regulator 13 (reducing and maintaining the pressure from about 100 psi to about 30 psi), eventually at a suitable predetermined operating pressure. It can flow to the stack 19FC. In one example of an in-vehicle fuel cell stack, the minimum residual tank (or deadline or minimum operating threshold) pressure is about 150 psi, which closes a controllable outlet valve corresponding to the tank. Preferably, before the tank outlet valve is closed, the next tank outlet valve is opened so that the supply of hydrogen to the fuel cell is not interrupted. As mentioned in this application, in addition to automatic check valves in the system, other controllable valves may be operated by solenoids or other actuator means.

図２Ｂの例に示されているように、各タンク２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの選択可能又は制御可能な入口弁２１、２３及び２５と選択可能又は制御可能な出口弁２２、２４及び２６は、制御手段、論理回路又はＣＰＵ５０と、自動車制御システム１００と、タンク又はそれらの入口及び出口管路に関連した圧力及び／又は温度又は他の感知手段とに動作可能に相互接続されてもよい。代替又は補助制御システムとして、それぞれタンクと補給管路（refilling line）及び水素燃料電池スタック又はエンジンとの間に配置されたマニホルド４０及び４１は、複数の制御可能な弁を有してもよい。補給管路から続く入口マニホルド４０では、制御可能弁は、各タンクの入口に対応した弁４０Ｖａ、４０Ｖｂ及び４０Ｖｃを含む。出口マニホルドは、それぞれ対応のタンクの出口に接続された制御可能な弁４１Ｖａ、４１Ｖｂ及び４１Ｖｃを有する。マニホルド弁を手段５０で制御し、それにより、水素を補給管路から１つの選択されたタンクへ、又は選択されたタンクから燃料電池又はエンジンへ、或る特定の状況においてその選択されたタンク又は管路内で適切な締め切り圧力又は閾圧力又は温度又は他のパラメータに達するまで、流すことができる。図示のように、出口マニホルド４１には、車載タンク２０ａ、２０ｂ及び２０ｃの出口２２、２４及び２６に相互接続され、且つ手段５０に相互接続された別体のマニホルド弁切り換え手段５５によって制御される、複数の選択可能又は制御可能な弁４１Ｖａ、４１Ｖｂ及び４１Ｖｃを設けてもよい。本発明の原理に従った具体的な制御構成及びパラメータや、弁位置及びシステムは、自動車構造全体の考慮に基づくことが好ましい。たとえば、マニホルド弁システムで十分であれば、タンクの弁は必要ないであろうし、あるいは、タンク弁及びマニホルド弁の両方を設けてもよい。別の例では、タンク及び／又は管路の圧力及び温度又は他のパラメータを監視するために、圧力、温度及び他のセンサ５１を設けてもよく、また、本発明の原理に従った自動車動作の途中の加圧水素燃料の補給及び消費用のタンク又はマニホルド弁システムの動作プロトコルに関連した決定因子として、圧力及び温度又は他のパラメータの大きさを適当な制御手段に入力してもよい。   As shown in the example of FIG. 2B, selectable or controllable inlet valves 21, 23 and 25 and selectable or controllable outlet valves 22, 24 and 26 of each tank 20a, 20b and 20c are controlled. Means, logic or CPU 50, vehicle control system 100, and pressure and / or temperature or other sensing means associated with the tanks or their inlet and outlet lines may be operably interconnected. As an alternative or auxiliary control system, manifolds 40 and 41, respectively, located between the tank and the refilling line and the hydrogen fuel cell stack or engine may have a plurality of controllable valves. In the inlet manifold 40 continuing from the supply line, the controllable valves include valves 40Va, 40Vb and 40Vc corresponding to the inlets of each tank. The outlet manifold has controllable valves 41Va, 41Vb and 41Vc, each connected to the corresponding tank outlet. The manifold valve is controlled by means 50 so that hydrogen is supplied from the make-up line to one selected tank or from the selected tank to the fuel cell or engine in that particular tank or Flow can be made until an appropriate deadline pressure or threshold pressure or temperature or other parameter is reached in the line. As shown, the outlet manifold 41 is controlled by a separate manifold valve switching means 55 interconnected to the outlets 22, 24 and 26 of the onboard tanks 20a, 20b and 20c and interconnected to the means 50. A plurality of selectable or controllable valves 41Va, 41Vb and 41Vc may be provided. Specific control configurations and parameters, valve positions and systems in accordance with the principles of the present invention are preferably based on consideration of the overall vehicle structure. For example, if a manifold valve system is sufficient, a tank valve may not be necessary, or both a tank valve and a manifold valve may be provided. In another example, pressure, temperature, and other sensors 51 may be provided to monitor tank and / or line pressure and temperature or other parameters, and vehicle operation in accordance with the principles of the present invention. As a determinant associated with the operating protocol of the tank or manifold valve system for replenishment and consumption of pressurized hydrogen fuel during the process, pressure and temperature or other parameter magnitudes may be input to suitable control means.

水素燃料自動車が水素ガス用の複数の高圧搭載貯蔵タンクを有する場合、システムは、車載タンクの補給に必要な圧縮エネルギを減少させる。各車載タンクは、マニホルドを介して補給管路に接続可能な入口弁を有し、入口弁は、補給管路からの加圧水素を１つ又は複数の搭載タンクに、その１つ又は複数の搭載タンク内の圧力が所定レベルに達するまで、流入させることができ、その１つ又は複数の搭載タンク内の圧力が所定レベルに達した時点で、補給管路からの水素は、次の１つ又は複数の搭載タンクに、その次の１つ又は複数の搭載タンク内の圧力が所定レベルに達するまで、流入する。この順序は、すべてのタンクが満たされるまで、すべての車載タンクに対して繰り返される。   If the hydrogen fueled vehicle has multiple high pressure on-board storage tanks for hydrogen gas, the system will reduce the compression energy required to refill the onboard tank. Each on-board tank has an inlet valve that can be connected to a supply line via a manifold, and the inlet valve carries one or more of the pressurized hydrogen from the supply line to one or more load tanks. The tank can be allowed to flow in until the pressure in the tank reaches a predetermined level, at which point the hydrogen from the make-up line is replaced by one or more of the following: The plurality of loading tanks flow until the pressure in the next one or more loading tanks reaches a predetermined level. This sequence is repeated for all onboard tanks until all tanks are filled.

例示では、タンク内の圧力の所定レベルは、補給管路内で使用可能な最高圧力にほぼ対応するであろう。各搭載タンクの入口弁は、タンク内の圧力が補給管路内の圧力に等しいときに逆流を防止する圧力感知チェック弁にすることができ、タンク内の圧力が補給管路内の圧力に等しくなるまで、タンクは最低圧力から最高圧力の順に満たされる。同様に、適当な制御手段によって操作される制御可能なソレノイド弁が補給を制御してもよい。   In the illustration, the predetermined level of pressure in the tank will correspond approximately to the highest pressure available in the make-up line. The inlet valve of each mounted tank can be a pressure sensing check valve that prevents backflow when the pressure in the tank is equal to the pressure in the supply line, and the pressure in the tank is equal to the pressure in the supply line Until then, the tank is filled from lowest pressure to highest pressure. Similarly, a controllable solenoid valve operated by suitable control means may control replenishment.

タンクの入口が制御可能な弁を備えている補給プロセスの一例では、第１タンクの入口弁の閉鎖を、次のタンクの入口弁の開放の前、開放と同時、又は開放の後に選択的に行うことができる。各タンク又は弁又は管路内の圧力センサは、弁を開閉する制御機構と動作可能に相互接続されることができ、その制御機構は、搭載プログラマブル論理回路、搭載ＣＰＵ又は同等手段を有する。自動車が３つ以上のタンクを有する場合、２つ以上のタンクの入口を互いに並列に対にして、１つとして制御してもよい。   In one example of a replenishment process where the tank inlet comprises a controllable valve, the closing of the first tank inlet valve is selectively performed before, simultaneously with, or after the opening of the next tank inlet valve. It can be carried out. The pressure sensor in each tank or valve or line can be operably interconnected with a control mechanism that opens and closes the valve, which control mechanism has an on-board programmable logic circuit, an on-board CPU, or equivalent means. When the automobile has three or more tanks, the inlets of two or more tanks may be paired in parallel with each other and controlled as one.

車載タンクの補給において、本発明は、複数の搭載タンクの補給に必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステムを提供する。タンクの入口が、自動的に閉じて逆流を防止するチェック弁を備え、且つ補給管路が各タンクの入口に同時に接続する一例では、タンクのチェック弁が水素を最低圧力の第１搭載タンクに流入させることができる。補給プロセスの開始時には、複数の搭載タンクが異なった圧力レベルにあるため、水素ガスは当然ながら、最初に最低圧力のタンクに、それが次に高いタンクの圧力に達するまで流れ、それに達した時点で、水素ガスは第１タンク及び第２タンクの両方に同時に流入し始めるであろう。タンク圧力が、補給管路から使用可能な最高圧力に達するまで、このプロセスが進行し続けるであろう。使用可能な補給管路圧力が、すべての搭載タンクの圧力より高い場合、補給プロセスが終了する前に、定格タンク容量に達するか、又は使用可能な補給管路圧力に達するまで、水素がすべての搭載タンクに同時に流入しているであろう。このため、自動車に補給するとき、水素は当然ながら、ステーションの低圧貯蔵部を利用して、最初に最低圧力のタンクに流れる。この補充順序を生じるために特に必要なことは何もなく、複数の車載タンクは当然ながら、最初に最低圧力タンクが満たされ、そのプロセスが繰り返されて、使用可能な補給管路圧力より低い圧力のすべてのタンクが同時に満たされて終了する。   In replenishing an on-board tank, the present invention provides a system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks. In one example where the tank inlet is equipped with a check valve that automatically closes to prevent backflow and the refill line is connected to the inlet of each tank at the same time, the tank check valve causes hydrogen to flow into the first tank with the lowest pressure. Can flow in. At the beginning of the replenishment process, the on-board tanks are at different pressure levels, so hydrogen gas naturally flows first to the lowest pressure tank until it reaches the next higher tank pressure, and when that is reached Thus, hydrogen gas will begin to flow into both the first tank and the second tank at the same time. This process will continue until the tank pressure reaches the highest pressure available from the make-up line. If the available make-up line pressure is higher than the pressure in all on-board tanks, all hydrogen will remain until the rated tank capacity is reached or the available make-up line pressure is reached before the refill process is complete. It will flow into the onboard tank at the same time. For this reason, when replenishing the vehicle, hydrogen naturally flows into the lowest pressure tank first, utilizing the low pressure reservoir of the station. There is nothing particularly necessary to produce this replenishment sequence, and the multiple onboard tanks are, of course, initially filled with the lowest pressure tank and the process repeated to a pressure below the available refill line pressure. All of the tanks are filled at the same time and finish.

図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ２つのタンクを有する２台の自動車での加圧搭載水素ガス燃料の使用をタンク圧力で測定した前後比較グラフを示し、自動車「Ａ」は従来技術のシステムを使用し、自動車「Ｂ」は本発明のシステムを使用している。両方の自動車は満杯状態で始動し、自動車燃料容量の５０％走行した後で比較する。図３Ａ及び図３Ｂは、一例として２つの燃料タンクを使用して、従来技術「Ａ」と比べて本発明「Ｂ」を使用することによって得られる利点を示す。図３Ａに示されているように、両方の自動車は１００％補充状態で始動する。従来技術の例では、燃料が消費されるとき、両方のタンクの出口弁が同時に開くが、本発明を示す例では、燃料が消費されるとき、一方のタンクの出口弁だけが開き、圧力最低閾値に達するまで、そのタンクから引き出される。図３Ｂは、各自動車の全燃料消費量が同じ５０％である、易しく言い換えると、全自動車燃料供給部が半分満たされるか、半分空であるかのいずれかである状況で、燃料容量によって決定される自動車範囲（vehicle range：車両航続距離）の半分を走行した後の両方の自動車のタンク内の圧力を示す。自動車ＡのタンクＡ１及びＡ２はそれぞれ５０％である一方、自動車ＢのタンクＢ１及びＢ２ではそれぞれ、使い尽くされている、すなわち低圧動作可能閾値に達しているタンク（Ｂ１）と、満杯の１００％のタンク（Ｂ２）とになる。両方のタンクの両方のバルブが同時に開いているとき、各タンクの圧力及びガス利用量は同一である。本発明を適用すると、図３Ｂに示されたシナリオには、個々のタンクの弁が１つの時系列において１つのタンクで開くとき、第１タンクで、そのタンク内の圧力が動作可能閾値に達するまで、タンク圧力及びガス利用が行われ、且つ他のタンクは満杯に補充されているままであることが示されている。   FIGS. 3A and 3B show comparison graphs before and after measuring the use of pressurized hydrogen gas fuel in two automobiles each having two tanks by tank pressure, and automobile “A” uses a prior art system. The automobile “B” uses the system of the present invention. Both cars start full and compare after driving 50% of the car fuel capacity. FIGS. 3A and 3B illustrate the advantages obtained by using the present invention “B” over prior art “A”, using two fuel tanks as an example. As shown in FIG. 3A, both cars start with 100% replenishment. In the prior art example, when fuel is consumed, both tank outlet valves open simultaneously, but in the example illustrating the present invention, when fuel is consumed, only one tank outlet valve opens and the pressure minimum It is withdrawn from the tank until the threshold is reached. FIG. 3B is determined by fuel capacity in a situation where the total fuel consumption of each car is the same 50%, in other words, the situation where the full car fuel supply is either half full or half empty. Shows the pressure in the tanks of both cars after running half of the vehicle range. The tanks A1 and A2 of the car A are 50% each, while the tanks B1 and B2 of the car B are each used up, that is, the tank (B1) reaching the low pressure operable threshold and 100% full. Tank (B2). When both valves of both tanks are open simultaneously, the pressure and gas usage of each tank is the same. Applying the present invention, the scenario shown in FIG. 3B includes that when the valves of individual tanks open in one tank in a time series, the pressure in that tank reaches the operable threshold in the first tank. Until now, it has been shown that tank pressure and gas utilization is being performed, and that the other tanks remain full.

図４は、本発明のシステムの動作論理の一例を示し、「ｎ」は搭載タンクの数（２以上）を表し、「ｚ」は搭載システム内全体におけるタンクの通し番号を表す。水素がタンク「ｚ」から、その閾動作最低（又は他の選択、所定、測定、チェック弁、制御又は締め切り）圧力に達するまで引き出される。この閾値で、タンク「ｚ−１」の弁が開放され、且つタンク「ｚ」のソレノイド弁が遮断される、すなわち、出口弁が閉じられる。同じプロトコルを使用して、搭載水素バンク内の連続したタンクから引き出される。タンクからの引き出しに使用される代替構成、タイミングシーケンス、圧力閾値及び弁制御手段を、補充システムに関して上述するとともに図２Ｂに部分的に示されている同等の代替物から応用してもよい。図２Ｂでは、論理回路又はＣＰＵに基づいたコントローラが４０で示され、且つ弁制御マニホルドが４１で示されている。マニホルド４１は、固有の圧力制御手段を有してもよいが、ユニット４０によって制御されてもよい。図２Ｂでは、圧力パラメータに基づいてタンクの流れを選択するための制御可能マニホルド４１が示されており、ここでは、タンク２０ａ及び２０ｂに対応した弁又はスイッチ４１Ｖａ及び４１Ｖｂが閉鎖され、且つタンク２０ｃに対応した弁又はスイッチ４１Ｖｃが開いている。   FIG. 4 shows an example of the operation logic of the system of the present invention, where “n” represents the number of mounted tanks (2 or more), and “z” represents the serial number of the tank in the entire mounted system. Hydrogen is withdrawn from tank “z” until its threshold operating minimum (or other selected, predetermined, measured, check valve, controlled or deadline) pressure is reached. At this threshold, the valve of tank "z-1" is opened and the solenoid valve of tank "z" is shut off, i.e. the outlet valve is closed. Using the same protocol, it is withdrawn from successive tanks in the onboard hydrogen bank. Alternative configurations, timing sequences, pressure thresholds and valve control means used for withdrawal from the tank may be applied from the equivalent alternatives described above with respect to the refill system and partially shown in FIG. 2B. In FIG. 2B, a logic or CPU based controller is shown at 40 and a valve control manifold is shown at 41. The manifold 41 may have its own pressure control means, but may be controlled by the unit 40. In FIG. 2B, a controllable manifold 41 is shown for selecting the tank flow based on the pressure parameter, where the valves or switches 41Va and 41Vb corresponding to the tanks 20a and 20b are closed and the tank 20c. The valve or switch 41Vc corresponding to is open.

本発明は、補充ステーションで限られた量の水素を利用する際のさらなる恩恵を達成する。図５に示された比較グラフでは、５台の自動車に関係する２つのシナリオ、すなわち（１）水素ステーションで、本発明を使用する５台の自動車に連続的に補給する（又は、同一の自動車に５回補給するか、又は自動車及び補給回数が５になる任意の他の組み合わせ）シナリオ、及び（２）水素ステーションで、従来方法を使用する５台の自動車に連続的に補給するシナリオを評価した。ステーションのバンクの数は４つ（バンク１、バンク２、バンク３、バンク４）であり、各バンクの容積は２００リットルである。自動車側では、１台当たりのタンクの数は２つであり、各タンクの容積は１００リットルである。連続補給の後、本発明のシステムを使用する自動車に補給するステーションのバンク４の圧力が一貫してより高い。自動車補充パーセンテージ（全燃料容量の％）が図６に示されており、ステーションは、本発明「Ｂ」を使用して３台の自動車を１００％の満杯まで補充する（又は３回の補給を行う）ことができるが、従来技術の自動車「Ａ」では１台だけを１００％の満杯まで補充することができる。４回目及び５回目の補充において、本発明は補充量の点で、４回目の補充で従来システムの７４％に対して９５．７％、５回目の補充で従来システムの６５．５％に対して８９．７％であるという大きな利点を達成する。バンク４の圧力は、本発明を使用すると一貫してより高くなる。   The present invention achieves further benefits in utilizing a limited amount of hydrogen at the replenishment station. In the comparison graph shown in FIG. 5, there are two scenarios involving five vehicles: (1) a hydrogen station continuously replenishing five vehicles using the present invention (or the same vehicle) Or any other combination that results in a vehicle and a replenishment count of 5), and (2) a scenario where a hydrogen station continuously replenishes 5 vehicles using conventional methods did. The number of banks in the station is four (bank 1, bank 2, bank 3, bank 4), and the volume of each bank is 200 liters. On the automobile side, the number of tanks per vehicle is two, and the volume of each tank is 100 liters. After continuous replenishment, the pressure in bank 4 of the station replenishing the vehicle using the system of the present invention is consistently higher. The vehicle replenishment percentage (% of total fuel capacity) is shown in FIG. 6 and the station uses the present invention “B” to replenish 3 vehicles to 100% full (or 3 refills). In the prior art car “A”, only one can be refilled to 100% full. In the 4th and 5th replenishment, the present invention is in terms of replenishment amount, the fourth replenishment is 95.7% compared to 74% of the conventional system and the 5th replenishment is 65.5% of the conventional system A great advantage of 89.7%. Bank 4 pressure is consistently higher using the present invention.

本発明を使用することのさらなる恩恵が、補給後にステーションの（又は直接的に自動車への）水素を圧縮して満杯状態に戻すために必要なエネルギの点で達成される。一例として、２つのタンクを有して２回補充する自動車を使用して、ステーション及び自動車について水素を圧縮して満杯状態に戻すために必要なエネルギを、従来技術のシナリオＡ及び本発明のシナリオＢについて計算し、且つ比較した。各シナリオについて、２回の補充後の圧縮に必要なエネルギを、「理想」圧縮エネルギ用の式、すなわち、

Figure 2007170443
式中、
Ｅ＝理想圧縮エネルギ
Ｖ＝貯蔵タンクの容積
Ｐｆ＝コンプレッサ出口圧力
Ｐｉ＝コンプレッサ入口圧力
Ｃ＝ｋ−１／ｚｋ
ｚ＝圧縮段階の数
ｋ＝Ｃｐ／Ｃｖ
Ｃｐ＝一定圧でのモル熱
Ｃｖ＝定容積でのモル熱
に従って計算した。 A further benefit of using the present invention is achieved in terms of the energy required to compress the station hydrogen (or directly to the car) back to full after replenishment. As an example, using a vehicle with two tanks and replenishing twice, the energy required to compress hydrogen back to full for the station and vehicle is shown in the prior art scenario A and the scenario of the present invention. B was calculated and compared. For each scenario, the energy required for compression after two refills is expressed as an equation for the “ideal” compression energy, ie
Figure 2007170443
 Where
E = Ideal compression energy V = Storage tank volume P f = Compressor outlet pressure P i = Compressor inlet pressure C = k−1 / zk
z = number of compression stages k = C p / C v
Calculated according to C p = Molar heat at constant pressure C v = Mole heat at constant volume.

２回の補充後の、ステーションバンク内への、又は直接的に自動車タンク内への圧縮に必要なエネルギを、理想ガス、４つの圧縮段階、ガス漏れや摩擦などによる損失なしと仮定して、各シナリオについて計算した。図７Ａ及び図７Ｂは、２回の自動車補充後にすべてのステーションバンク及びすべての自動車タンクをまさに満杯まで満たすために必要な「理想」圧縮エネルギの計算を比較するグラフである。図７Ａに示されている例及び図７Ｂのエネルギ合計１において、コンプレッサは、水素をステーション貯蔵バンク内に圧縮する。図７Ｂのエネルギ合計２は、ステーションが水素を直接的に車載タンク内に圧縮する場合の低速オーバーナイト補充の例を示す。本発明のシステム「Ｂ」の複数のタンクに補給するために必要なエネルギ必要量は、従来技術「Ａ」の複数のタンクに補給するために必要なエネルギ必要量より少ない。   Assume that the energy required for compression into the station bank or directly into the car tank after two refills is no loss due to ideal gas, four compression stages, gas leaks, friction, etc. Calculated for each scenario. FIGS. 7A and 7B are graphs comparing the calculation of the “ideal” compression energy required to fill all station banks and all vehicle tanks to full just after two vehicle refills. In the example shown in FIG. 7A and total energy 1 in FIG. 7B, the compressor compresses hydrogen into the station storage bank. Energy total 2 in FIG. 7B shows an example of slow overnight replenishment when the station compresses hydrogen directly into the onboard tank. The energy requirement needed to replenish multiple tanks of the system “B” of the present invention is less than the energy requirement needed to replenish multiple tanks of the prior art “A”.

本発明を詳細に記載してきたが、当業者であれば、本説明を与えられれば、本明細書に記載されている発明概念の精神から逸脱しない限り、本発明に修正を加えることができることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、以上に図示且つ記載した特定及び好適な実施形態に制限されることを意図していない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるものとする。   Although the present invention has been described in detail, those skilled in the art will appreciate that, given this description, modifications can be made to the invention without departing from the spirit of the inventive concept described herein. You will understand. Accordingly, it is not intended that the scope of the invention be limited to the specific and preferred embodiments illustrated and described above. Rather, the scope of the invention is to be defined by the appended claims.

従来技術の水素燃料タンクシステムを示す図である。It is a figure which shows the hydrogen fuel tank system of a prior art. 本発明のシステムに従って構成された水素燃料タンクシステムを示す図である。1 is a diagram showing a hydrogen fuel tank system configured according to the system of the present invention. FIG. 弁付きタンクへの、又は弁付きタンクからの水素の流れを調整するための制御手段に動作可能に相互接続された水素タンク弁と、代替又は補助構成で、タンクの入口及び出口に相互接続され、且つ車載燃料電池に、又は車載燃料電池から続く制御可能な弁を有する入口マニホルド及び出口マニホルドとを示す図である。A hydrogen tank valve operably interconnected to control means for regulating the flow of hydrogen to or from the valved tank, and in an alternative or auxiliary configuration, interconnected to the tank inlet and outlet FIG. 2 shows an inlet manifold and an outlet manifold having controllable valves that continue to or from the in-vehicle fuel cell. 従来技術のシステムを使用する自動車「Ａ」及び本発明のシステムを使用する自動車「Ｂ」での、個別のタンク圧力によって測定した搭載水素ガス燃料の使用量の比較グラフであり、例として満杯補充及び５０％使用状態を示している。FIG. 4 is a comparative graph of on-board hydrogen gas fuel usage measured by individual tank pressures for an automobile “A” using the prior art system and an automobile “B” using the system of the present invention, as an example full replenishment; And 50% use state. 従来技術のシステムを使用する自動車「Ａ」及び本発明のシステムを使用する自動車「Ｂ」での、個別のタンク圧力によって測定した搭載水素ガス燃料の使用の比較グラフであり、例として満杯補充及び５０％使用状態を示している。FIG. 4 is a comparative graph of the use of onboard hydrogen gas fuel measured by individual tank pressures for an automobile “A” using the prior art system and an automobile “B” using the system of the present invention, with full replenishment and 50% use state is shown. 本発明のシステムの論理制御の一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the logic control of the system of this invention. 従来技術のシステムを使用する自動車「Ａ」及び本発明のシステムを使用する自動車「Ｂ」が一連の連続補充で補給される状況での個別の水素補給ステーションタンク内の圧力によって測定した水素ガス燃料の使用の比較グラフである。Hydrogen gas fuel measured by pressure in individual hydrogen replenishment station tanks in a situation where car "A" using the prior art system and car "B" using the system of the present invention are replenished in a series of continuous refills Is a comparative graph of the use of 本発明のシステム「Ｂ」を使用して連続補給した後のすべてのタンクの満杯状態（すなわち、自動車の全燃料容量）のパーセントで測定した車載水素貯蔵タンク圧力を、従来技術「Ａ」を使用した連続補給と比較したグラフである。On-board hydrogen storage tank pressure measured in percent of full tank (ie, total vehicle fuel capacity) after continuous replenishment using system “B” of the present invention, using prior art “A” It is the graph compared with the continuous replenishment. ２回の自動車補充後に各ステーションバンクをまさに満杯まで満たすために必要な計算「理想」圧縮エネルギの比較グラフである。FIG. 6 is a comparative graph of calculated “ideal” compression energy required to fill each station bank to full just after two vehicle refills. ２つのタンクを有する自動車の２回連続した補充に基づいて、ステーションの貯蔵タンクすべての補充及び直接的に両方の車載タンクの補充に必要な計算全圧縮エネルギの比較グラフである。FIG. 5 is a comparative graph of the calculated total compression energy required to replenish all of the station's storage tanks and directly refill both onboard tanks based on two consecutive refills of a two tank vehicle.

Claims (35)

加圧状態の水素ガスを貯蔵するための複数の搭載タンクを有する水素燃料自動車において、各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステムであって、
（１）前記自動車の各タンクは、マニホルドを介して前記補給管路に接続可能であり、且つ前記補給管路からの加圧水素が１つ又は複数の搭載タンクに、該１つ又は複数の搭載タンク内の圧力が所定レベルに達するまで、流れ込み、
（２）前記１つ又は複数のタンク内の前記圧力が所定レベルに達したとき、前記補給管路からの水素は、次の１つ又は複数の搭載タンクに流れて、前記次の１つ又は複数のタンク内の前記圧力が所定レベルに達するまで、前記次の１つ又は複数の搭載タンクを満たし、
（３）すべてのタンクが最終所定圧力レベル又は前記補給管路内の最高使用可能圧力の一方に満たされるまで、前記自動車のすべてのタンクに対して前項（２）のシーケンスを繰り返す、
ようにした各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。 In hydrogen-fueled vehicles having multiple on-board tanks for storing pressurized hydrogen gas, the compression energy required to replenish a plurality of on-board tanks from station supply lines operably interconnected to each tank A system for reducing
(1) Each tank of the automobile can be connected to the supply line via a manifold, and pressurized hydrogen from the supply line is mounted on the one or more mounting tanks. Until the pressure in the tank reaches a certain level,
(2) When the pressure in the one or more tanks reaches a predetermined level, hydrogen from the supply line flows to the next one or more loading tanks, and the next one or Filling the next one or more loading tanks until the pressure in the plurality of tanks reaches a predetermined level;
(3) repeating the sequence of (2) above for all tanks of the vehicle until all tanks are filled to one of the final predetermined pressure level or the maximum usable pressure in the supply line.
A system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of on-board tanks from a station replenishment line operably interconnected to each such tank. 各タンク内の前記圧力の前記最終所定レベルは、前記補給管路内の前記最高使用可能圧力にほぼ対応する、請求項１に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The station refill line operably interconnected to each tank of claim 1, wherein the final predetermined level of the pressure in each tank substantially corresponds to the highest usable pressure in the refill line. A system for reducing the compression energy required to replenish multiple tanks. 各タンク内の前記圧力の前記最終所定レベルは、前記１つ又は複数のタンクの最大定格圧力容量にほぼ対応する、請求項１に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The station refill line operably interconnected to each tank of claim 1, wherein the final predetermined level of the pressure in each tank substantially corresponds to a maximum rated pressure capacity of the one or more tanks. A system for reducing the compression energy required to replenish multiple onboard tanks. すべてのタンクの前記圧力の前記所定レベルは、各タンクでほぼ同一の圧力である、請求項１に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the predetermined level of the pressure in all tanks is approximately the same pressure in each tank. 各タンクに対応して、前記タンクと前記補給管路との間に配置された圧力感知チェック弁を備えており、前記タンクは、前記最終所定圧力が達成されるまで、最低圧力から最高圧力の順に満たされる、請求項１に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   Corresponding to each tank, it is provided with a pressure sensing check valve disposed between the tank and the replenishment line, the tank having a minimum pressure to a maximum pressure until the final predetermined pressure is achieved. The system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks from a station replenishment line operatively interconnected to each tank of claim 1 that is filled in sequence. 各タンクに対応して、制御可能且つ開閉可能な弁が、前記タンクの入口と前記補給管路との間に作動配置される、請求項１に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein a controllable and openable valve is operatively disposed between the tank inlet and the supply line corresponding to each tank. 各搭載タンクは、各タンクに個別に対応した切り換え式弁を有するマニホルドを介して前記補給管路に相互接続されており、また、タンクに対応した前記マニホルド弁が開放しているか、閉鎖しているかが、特定のタンクへのガスの流れが生じるかどうかを決定するようにした、請求項１に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   Each mounted tank is interconnected to the refill line via a manifold having a switchable valve individually corresponding to each tank, and the manifold valve corresponding to the tank is open or closed. Replenishing a plurality of on-board tanks from a station replenishment line operatively interconnected to each tank of claim 1, wherein it determines whether a gas flow to a particular tank occurs. A system for reducing the compression energy required to achieve this. 第１タンクの前記弁は、次のタンクの前記弁の開放前に閉鎖される、請求項６に記載のシステム。   The system of claim 6, wherein the valve of the first tank is closed before opening the valve of the next tank. 第１タンクの前記弁は、次のタンクの前記弁の開放後に閉鎖される、請求項６に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   7. To replenish a plurality of onboard tanks from a station replenishment line operably interconnected to each tank of claim 6, wherein the valve of the first tank is closed after opening the valve of the next tank. A system for reducing the compression energy required for the process. 次のタンクの前記弁は、前のタンクの弁の閉鎖とほぼ同時に開く、請求項６に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   7. To replenish a plurality of onboard tanks from a station replenishment line operably interconnected to each tank of claim 6 wherein the valve of the next tank opens substantially simultaneously with the closing of the valve of the previous tank. A system for reducing the required compression energy. 前記入口管路及び該入口管路に相互接続されたタンクの一方又は両方が、前記入口管路及び／又はタンク内の圧力を測定するセンサに動作可能に相互接続され、該センサはさらに、感知された所定圧力の大きさに基づいて前記タンクに対応した前記弁を開閉する制御機構に相互接続されている、請求項６に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   One or both of the inlet line and a tank interconnected to the inlet line are operatively interconnected to a sensor that measures pressure in the inlet line and / or tank, the sensor further sensing 7. From a station replenishment line operably interconnected to each tank of claim 6, interconnected to a control mechanism that opens and closes the valve corresponding to the tank based on the magnitude of the predetermined pressure applied. A system for reducing the compression energy required to replenish multiple tanks. 前記複数のタンクの各々は、前記タンク内の圧力及び温度を測定するセンサに動作可能に相互接続されており、該センサはさらに、前記タンク内で感知された所定の圧力及び温度の大きさに基づいて前記タンクに対応した前記弁を開閉する制御機構に相互接続されている、請求項６に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   Each of the plurality of tanks is operably interconnected to a sensor that measures pressure and temperature in the tank, and the sensor is further configured to a predetermined pressure and temperature magnitude sensed in the tank. 7. To replenish a plurality of onboard tanks from station replenishment lines operatively interconnected to each tank of claim 6, interconnected to a control mechanism that opens and closes the valve corresponding to the tank based on A system for reducing the compression energy required for the process. 前記制御機構は、搭載論理回路を有する、請求項１１又は１２に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   13. The control mechanism has on-board logic circuitry to reduce the compression energy required to replenish a plurality of on-board tanks from station replenishment lines operably interconnected to each tank of claim 11 or 12. System for. 前記論理回路は、搭載ＣＰＵに含まれる、請求項１３に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   14. The logic circuit is included in an on-board CPU for reducing the compression energy required to replenish a plurality of on-board tanks from station replenishment lines operably interconnected to each tank of claim 13. system. 前記マニホルド弁は、論理回路及び搭載ＣＰＵの一方を有する制御機構によって操作される、請求項７に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   8. The manifold valve is operated by a control mechanism having one of a logic circuit and an onboard CPU to replenish a plurality of onboard tanks from station replenishment lines operably interconnected to each tank of claim 7. A system for reducing the compression energy required for the process. ２つ以上のタンクの前記入口は、互いに並列に接続され、該接続されたタンクは、単一のタンクとして処理される、請求項１に記載の各タンクに動作可能に相互接続されたステーション補給管路から複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The station replenishment operatively interconnected to each tank according to claim 1, wherein the inlets of two or more tanks are connected in parallel to each other and the connected tanks are treated as a single tank. A system for reducing the compression energy required to replenish multiple loading tanks from a pipeline. 加圧状態の水素ガスを貯蔵するための複数の搭載タンクを有する水素燃料自動車において、複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステムであって、水素が前記複数のタンクから順に引き出され、それにより、前記自動車を動かすことができるようになっており、
「ｎ」が搭載タンクの数を表し、「ｚ」が搭載された一連のタンクのうちの１つのタンクの通し番号を表す場合、水素ガスがタンク「ｚ」から、閾圧力に達するまで引き出され、その時点でタンク「ｚ」が遮断され、且つ前記搭載水素バンク内の次に続くタンク「ｚ−１」から、閾圧力に達するまで引き出され、同じステップが連続した各搭載タンクで繰り返されるようにした複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。 In a hydrogen fueled vehicle having a plurality of on-board tanks for storing pressurized hydrogen gas, a system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of on-board tanks, wherein hydrogen is the plurality of Pulled out from the tank in order, so that the car can be moved,
When “n” represents the number of onboard tanks and “z” represents the serial number of one of the series of tanks onboard, hydrogen gas is withdrawn from tank “z” until the threshold pressure is reached, At that point, tank “z” is shut off and drawn from the subsequent tank “z−1” in the onboard hydrogen bank until the threshold pressure is reached, so that the same steps are repeated for each successive onboard tank. A system for reducing the compression energy required to replenish multiple mounted tanks. 各搭載タンクからの前記引き出しは、出口弁によって制御される、請求項１７に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   18. A system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of mounting tanks according to claim 17, wherein said withdrawal from each mounting tank is controlled by an outlet valve. 前記出口弁は、感知された所定レベルで動作可能な圧力感知弁を有する、請求項１８に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The system for reducing compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks according to claim 18, wherein the outlet valve comprises a pressure sensing valve operable at a sensed predetermined level. 前記出口弁は、アクチュエータによって制御可能な弁を有する、請求項１８に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks according to claim 18, wherein the outlet valve comprises a valve controllable by an actuator. タンク「ｚ」の前記出口弁の前記閉鎖は、タンク「ｚ−１」の入口弁の前記開放と同時に起きる、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   21. To replenish a plurality of loading tanks according to any one of claims 18 to 20, wherein the closing of the outlet valve of the tank "z" occurs simultaneously with the opening of the inlet valve of the tank "z-1". A system for reducing the compression energy required for the process. タンク「ｚ−１」の前記出口弁の前記開放は、タンク「ｚ」の前記出口弁の前記閉鎖の前に起きる、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   21. Replenishing a plurality of loading tanks according to any one of claims 18 to 20, wherein the opening of the outlet valve of the tank "z-1" occurs before the closing of the outlet valve of the tank "z" A system for reducing the compression energy required to do this. 各搭載タンクからの前記引き出しは、各タンクの前記出口に対応した切り換え式入口弁を有するマニホルドを介して行われ、また、前記マニホルド弁は、各タンクの前記出口に個別に動作可能に相互接続され、それにより、特定タンクからのガスの前記流れは、そのタンクに対応した前記マニホルド弁が開放しているか、閉鎖しているかによって決められる、請求項１７に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The withdrawal from each mounted tank is done via a manifold having a switchable inlet valve corresponding to the outlet of each tank, and the manifold valve is interconnected operably to the outlet of each tank 18. A plurality of mounting tanks according to claim 17, wherein the flow of gas from a particular tank is determined by whether the manifold valve corresponding to that tank is open or closed A system for reducing the compression energy required to achieve this. タンク「ｚ」に対応したマニホルド弁の前記閉鎖は、タンク「ｚ−１」に対応したマニホルド弁の前記開放と同時に起きる、請求項２３に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   24. The compression required to replenish multiple mounting tanks according to claim 23, wherein the closing of the manifold valve corresponding to tank "z" occurs simultaneously with the opening of the manifold valve corresponding to tank "z-1". A system for reducing energy. タンク「ｚ−１」に対応したマニホルド弁の前記開放は、タンク「ｚ」に対応したマニホルド弁の前記閉鎖の前に起きる、請求項２３に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   24. The opening of the manifold valve corresponding to tank "z-1" occurs prior to the closing of the manifold valve corresponding to tank "z", which is necessary to replenish multiple mounting tanks according to claim 23. A system for reducing compression energy. 前記複数のタンクの各々の前記出口弁は、前記タンク内の圧力を測定するセンサに動作可能に相互接続され、該センサはさらに、感知された前記圧力に応じて前記弁を開閉する制御機構に相互接続されている、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The outlet valve of each of the plurality of tanks is operably interconnected to a sensor that measures the pressure in the tank, and the sensor further includes a control mechanism that opens and closes the valve in response to the sensed pressure. 21. A system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks according to any one of claims 18-20, interconnected. 前記複数のタンクの各々の前記出口弁は、前記タンク内の圧力及び温度を測定するセンサに動作可能に相互接続され、該センサはさらに、感知された前記圧力及び温度に応じて前記弁を開閉する制御機構に相互接続されている、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The outlet valve of each of the plurality of tanks is operably interconnected to a sensor that measures pressure and temperature in the tank, and the sensor further opens and closes the valve in response to the sensed pressure and temperature. 21. A system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks as claimed in any one of claims 18 to 20 interconnected to a control mechanism. 前記マニホルドの前記入口弁の各々は、前記マニホルドの入口又は出口及び前記タンクの１つ又は複数内の圧力を測定するセンサに動作可能に相互接続され、該センサはさらに、感知された前記圧力に応じて前記弁を開閉する制御機構に相互接続されている、請求項２３に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   Each of the inlet valves of the manifold is operably interconnected to a sensor that measures pressure in one or more of the manifold inlet or outlet and the tank, the sensor further to the sensed pressure. 24. A system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks of claim 23, interconnected to a control mechanism that opens and closes the valve accordingly. 前記マニホルドの前記入口弁の各々は、前記マニホルドの入口又は出口及び前記タンクの１つ又は複数内の圧力及び温度を測定するセンサに動作可能に相互接続され、該センサはさらに、感知された前記圧力及び温度に応じて前記弁を開閉する制御機構に相互接続されている、請求項２３に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   Each of the inlet valves of the manifold is operably interconnected to sensors that measure pressure and temperature in the inlet or outlet of the manifold and one or more of the tanks, the sensors further being sensed 24. A system for reducing the compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks of claim 23, interconnected to a control mechanism that opens and closes the valve in response to pressure and temperature. 前記弁の前記開閉は、搭載プログラマブル論理回路を有する制御機構によって決定される、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The opening and closing of the valve is determined by a control mechanism having an on-board programmable logic circuit to reduce the compression energy required to replenish a plurality of on-board tanks according to any one of claims 18-20. System. 前記論理回路は、搭載ＣＰＵに含まれる、請求項３０に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   32. The system for reducing compression energy required to replenish a plurality of onboard tanks according to claim 30, wherein the logic circuit is included in an onboard CPU. タンクの出口弁が閉じる前記圧力は制御可能であり、それにより、前記弁は、所定の動作可能圧力閾値に対応した設定値で閉じる、請求項１７に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   18. To replenish a plurality of onboard tanks according to claim 17, wherein the pressure at which a tank outlet valve closes is controllable, whereby the valve closes at a set point corresponding to a predetermined operable pressure threshold. A system for reducing the required compression energy. ２つ以上のタンクの前記出口は、互いに並列に対にされて、単一のユニットとして操作される、請求項１７に記載の複数の搭載タンクに補給するために必要な圧縮エネルギを減少させるためのシステム。   The outlets of two or more tanks are paired in parallel with each other and operated as a single unit to reduce the compression energy required to replenish multiple loading tanks according to claim 17. System. 加圧状態の水素ガスを貯蔵するための複数の搭載タンクを有する水素燃料自動車において、自動車の全エネルギ効率を向上させるためのシステム、及び補給ステーションインフラストラクチャーシステムであって、前記自動車の複数の搭載タンクの補充及び引き出しは、制御状態で行われるようになっており、
（Ａ）前記タンクの補充時に、
（１）前記自動車の各タンクは、マニホルドを介して前記補給ステーションの補充管路に接続可能な入口を有し、且つ前記補給管路からの加圧水素が１つ又は複数の搭載タンクに、該１つ又は複数の搭載タンク内の圧力が所定レベルに達するまで、流れ込み、
（２）前記１つ又は複数のタンク内の前記圧力が前記所定レベルに達したとき、前記補充管路からの水素は、次の１つ又は複数の搭載タンクに流れて、前記次の１つ又は複数のタンク内の前記圧力が所定レベルに達するまで、前記次の１つ又は複数の搭載タンクを満たし、
（３）すべてのタンクが満たされるまで、前記自動車のすべてのタンクに対して前項（２）のシーケンスを繰り返す、
ようにしており、
（Ｂ）前記自動車を動かすために前記水素が前記タンクから消費されるとき、前記タンクから順に引き出され、
「ｎ」が搭載タンクの数を表し、「ｚ」が搭載された一連のタンクのうちの１つのタンクの通し番号を表す場合、水素ガスがタンク「ｚ」から、閾圧力に達するまで引き出され、その時点でタンク「ｚ」が遮断され、且つ前記搭載水素バンク内の次に続くタンク「ｚ−１」から、閾圧力に達するまで引き出され、同じステップが連続した各搭載タンクで繰り返されるようにしたシステム。 A hydrogen fueled vehicle having a plurality of on-board tanks for storing pressurized hydrogen gas, a system for improving the total energy efficiency of the vehicle, and a replenishment station infrastructure system, wherein the plurality of on-board vehicles The tank is refilled and pulled out in a controlled state.
(A) When refilling the tank,
(1) Each tank of the automobile has an inlet that can be connected to a replenishment line of the replenishment station via a manifold, and pressurized hydrogen from the replenishment line is supplied to one or a plurality of mounting tanks. Until the pressure in one or more of the loading tanks reaches a predetermined level,
(2) When the pressure in the one or more tanks reaches the predetermined level, hydrogen from the replenishment line flows to the next one or more loading tanks, and the next one Or fill the next one or more loading tanks until the pressure in the plurality of tanks reaches a predetermined level;
(3) Repeat the sequence of (2) above for all tanks of the car until all tanks are filled.
And
(B) When the hydrogen is consumed from the tank to move the car, it is withdrawn in turn from the tank;
When “n” represents the number of onboard tanks and “z” represents the serial number of one of the series of tanks onboard, hydrogen gas is withdrawn from tank “z” until the threshold pressure is reached, At that point, tank “z” is shut off and drawn from the subsequent tank “z−1” in the onboard hydrogen bank until the threshold pressure is reached, so that the same steps are repeated for each successive onboard tank. System. 前記水素燃料自動車は、水素燃料電池スタックによって駆動される自動車である、請求項１又は１７又は３４に記載のシステム。
35. A system according to claim 1 or 17 or 34, wherein the hydrogen fueled vehicle is a vehicle driven by a hydrogen fuel cell stack.
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