JP2010520977A - 水素貯蔵容器の充填方法 - Google Patents

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Abstract

加圧ガス媒体、特に加圧水素ガスを水素貯蔵容器に充填するための方法。充填の開始に先立ち瞬間的な加圧ガス媒体の吹き込みによって試験用インパクト圧力を貯蔵容器に送り込むことによって貯蔵容器の内圧測定を実行し、次いで貯蔵容器の内圧を前記内圧測定で確定された内圧値の関数として目標内圧値まで時間管理により昇圧制御しながら充填を行う。

Description

本発明は、加圧ガス媒体、特に加圧水素ガスを貯蔵容器に充填するための方法に関するものである。
例えば車両の貯蔵容器又はタンクに燃料としての加圧水素を充填するには、幾つかの一般的な貯蔵容器充填法が既に用いられている。これらの一般的な充填法によれば、車両の貯蔵タンクには１５℃で７００ｂａｒの圧力まで加圧水素を充填することが可能である。
このため、これらの充填法には、車両タンクに過充填や過熱を生じることなく極めて多種多様な容量サイズの車両タンクに対して充填できることが求められている。一般に水素充填ステーションでは、規則として充填カップリングに組み込まれた通信ケーブル又は赤外線インターフェースを介して燃料補給対象車両との情報の通信が行われる。
燃料補給対象車両から受信したタンク内の圧力や温度などの情報に応じて、特別に制御される流量制御弁が種々の異なる容量サイズの車両タンクへ個別に燃料補給できるようにＰＬＣ評価装置によって作動される。この流量制御弁は、通過流量を予め定められた範囲内に保持して通過流量が上限を超えないようにするためのものである。このような流量制御弁による制御は、充填ガスのマスフローの流速を修正又は確定するだけでなく、通過流量が或る限界よりも低流量又は高流量となったときに充填を中断させる機能も果たしている。
今のところ実現されている加圧水素ガス充填ステーションでは、水素の通過流量は固定調整チョークによって最大で１００ｇ／ｓに制限されている。しかしながら、比較的小形寸法の車両タンク（容量７５Ｌ未満）では、負のジュール−トムソン効果と水素の断熱圧縮によって充填中の車両タンクが過熱状態となる虞がある。従って、このような車両タンクには、一般的な加圧水素ガス充填ステーションでの充填は不可能である。
しかしながら、自動車産業は、車両タンクの設計、従って車両タンクの容量サイズの独立性を要求しているため、当業者に対しては、前述の不都合を解消し、過充填や車両タンクの過熱を引き起こすことなく、多種多様な容量サイズの車両タンクに対する充填を可能とする充填法、即ち、加圧ガス媒体、特に加圧水素ガスを貯蔵容器に充填するための汎用的な充填法を提示することが課題とされている。
本発明は、上述の課題を達成するため、加圧ガス媒体、特に加圧水素ガスを貯蔵容器に充填するための汎用充填法を提供するものであり、この方法は、充填の開始に先立ち瞬間的な加圧ガス媒体の吹き込みによって試験用インパクト圧力を貯蔵容器に送り込むことによって貯蔵容器の内圧測定を実行し、次いで貯蔵容器の内圧を前記内圧測定で確定された内圧値の関数として目標内圧値まで時間管理により昇圧制御しながら充填を行うことを特徴とするものである。
本発明によれば、実際の充填プロセスの開始に先立ち貯蔵容器の内圧が測定される。このため、充填対象の車両タンクに充填カップリングが連結された後、いわゆるインパクト圧力試験、即ち、充填カップリングを介して貯蔵容器へ瞬間的に試験用の加圧ガス媒体を吹き込むことにより貯蔵容器の内圧測定が実行され、これにより一方では充填カップリングと車両タンクとの機械的連結に漏洩がないことがチェックされると共に、他方では貯蔵容器の内圧が正確に測定される。
このようにして確定された貯蔵容器内圧値の関数として、貯蔵容器の内圧を目標内圧値まで時間管理により時限的に昇圧制御しながら充填プロセスが実行される。この場合、先行して測定された内圧値を開始圧力とし、貯蔵容器の容量を始めとする寸法諸元、気温、充填加圧ガス媒体の温度と圧縮率及びジュール−トムソン効果の関数として充填対象貯蔵容器毎の最終的な目標圧力がコンピュータで計算される。水素ガス燃料の充填開始からの時間経過と共にコンピュータで計算される内圧が上記最終目標圧力に達したときに充填プロセスが終了され、この場合の最終目標圧力は、貯蔵容器の容量サイズごと予め定められた該貯蔵容器の最高動作温度に対応する最大許容動作圧力である。
本発明による加圧ガス媒体、特に加圧水素ガスを貯蔵容器に充填するための方法によれば、貯蔵容器の容量サイズに関わりなく、充填すべき貯蔵容器に対する過充填や過熱を効果的に回避することが可能である。
本発明による貯蔵容器の充填方法によれば、前記時間管理による昇圧制御によって充填対象の貯蔵容器に充填する加圧媒体の質量を更に増加させることができ、これは、本発明によって充填中の貯蔵容器の温度上昇が制御でき、しかもこの温度上昇が各容量サイズのタンクで同じだからである。従って、従来は必要であった複雑な制御技術や、前述の赤外線インターフェースなどの高価な部品要素は、もはや不要である。
従来技術では必要であった充填対象車両と充填ステーションとの間の通信ケーブル等が不要であると言うことから本発明による充填方法は比較的安価であり、このことはまた、本発明によって加圧ガス媒体を貯蔵容器に充填する方法の更なる効果をもたらすものであり、特に未習熟者が充填操作を行う場合に利点がある。例えば、何らかのアクシデントによる通信の中断など、従来技術で用いられていた赤外線インターフェースに関連する不都合はもはや発生しない。
本発明によって加圧ガス媒体を貯蔵容器に充填する方法は、加圧水素ガスを貯蔵容器に充填する場合に限定されるものではない。本発明による方法は、充填プロセス中に前記時間制御による昇圧を要する水素以外の加圧ガス媒体の充填にも適用可能である。

Claims (1)

  1. 加圧ガス媒体又は加圧水素ガスを貯蔵容器に充填するための方法であって、充填の開始に先立ち瞬間的な加圧ガス媒体の吹き込みによって試験用インパクト圧力を貯蔵容器に送り込むことによって貯蔵容器の内圧測定を実行し、次いで貯蔵容器の内圧を前記内圧測定で確定された内圧値の関数として目標内圧値まで時間管理により昇圧制御しながら充填を行うことを特徴とする貯蔵容器充填法。
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