JP2005083567A - 燃料充てん装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 水素自動車21の燃料タンク22に水素ガスを充てんするに際して、水素ガス中に結露が生じるのを防ぐことができ、かつ充てん作業の効率を高めることができる燃料充てん装置および方法を提供する。
【解決手段】 水素ガスを燃料とする水素自動車21の燃料タンク22に水素ガスを充てんする装置であって、水素ガスを冷却媒体6により冷却する冷却手段7と、冷却媒体6を冷却手段7に供給する冷却媒体供給部8と、燃料タンク22に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段9と、圧力検出手段9の検出値に基づいて、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量または温度を制御する制御手段11を備え、制御手段11は、燃料タンク22に供給される水素ガスの温度が、圧力検出手段9の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体6の供給流量または温度を制御可能とされている燃料充てん装置1。
【選択図】 図1
【解決手段】 水素ガスを燃料とする水素自動車21の燃料タンク22に水素ガスを充てんする装置であって、水素ガスを冷却媒体6により冷却する冷却手段7と、冷却媒体6を冷却手段7に供給する冷却媒体供給部8と、燃料タンク22に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段9と、圧力検出手段9の検出値に基づいて、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量または温度を制御する制御手段11を備え、制御手段11は、燃料タンク22に供給される水素ガスの温度が、圧力検出手段9の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体6の供給流量または温度を制御可能とされている燃料充てん装置1。
【選択図】 図1
Description
本発明は、水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに、水素ガスを充てんする燃料充てん装置および方法に関する。
次世代の自動車として、水素ガスを燃料として用いる水素自動車の開発が進められている。水素自動車は、炭酸ガス、NOx、SOx等の排出量が少ないという特長がある。
水素自動車は、燃料補給時には通常のガソリン自動車と同様に、水素ガスを充てんする燃料充てん装置(ディスペンサー)を備えた供給基地まで走行し、この燃料充てん装置で水素ガスを補給する。
水素自動車は、燃料補給時には通常のガソリン自動車と同様に、水素ガスを充てんする燃料充てん装置(ディスペンサー)を備えた供給基地まで走行し、この燃料充てん装置で水素ガスを補給する。
水素自動車では、水素ガスを燃料タンクに高圧で充てんすることが要求されるため、水素ガスを燃料タンクに充てんする際には、断熱圧縮による温度上昇が起きる。また、水素ガスは、一般的なガス(窒素ガスなど)と異なり、断熱膨張させるとジュールトムソン効果により温度が上昇する性質を有する。
充てん作業の効率を高めるために水素ガスの供給流量を高く設定する場合には、水素ガスは高温になりやすいため、燃料タンクへの充てんに際しては、水素ガスを冷却することがある。
充てん作業の効率を高めるために水素ガスの供給流量を高く設定する場合には、水素ガスは高温になりやすいため、燃料タンクへの充てんに際しては、水素ガスを冷却することがある。
しかしながら、水素ガスを冷却する場合には、充てんの際に水素ガス中の微量水分が結露を生じやすくなるため、結露が凝固して生じた氷粒が流量調整弁や逆止弁などの弁に付着し、弁の正常な開閉動作を妨げるのを防ぐ必要がある。特に、逆止弁はガスの逆流を防ぐ機能を有するため、正常に動作させることは重要である。
なお、本出願人が知る範囲で、本出願人によって既になされた特許出願等において開示された文献公知発明のうち、本出願に関連するものはない。
なお、本出願人が知る範囲で、本出願人によって既になされた特許出願等において開示された文献公知発明のうち、本出願に関連するものはない。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんするに際して、水素ガス中に結露が生じるのを防ぐことができ、かつ充てん作業の効率を高めることができる燃料充てん装置および方法を提供することを目的とする。
本発明の燃料充てん装置は、燃料タンクに供給される水素ガスを、露点温度以下にならないように冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする。
本発明の燃料充てん装置は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段の検出値に基づいて、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御する制御手段を備え、この制御手段が、燃料タンクに供給される水素ガスの温度が、前記圧力検出手段の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体の供給流量または温度を制御可能とされていることを特徴とする。
前記冷却媒体供給部は、冷却媒体の供給源となる供給部本体と、冷却媒体を前記冷却手段に供給する供給経路と、冷却媒体を冷却手段から供給部本体に返送する返送経路と、供給経路の冷却媒体を返送経路に導くバイパス経路を備え、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定できるように構成することができる。
本発明の燃料充てん装置は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記冷却手段の上流側で水素ガスの露点温度を検出する露点検出手段と、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御する制御手段を備え、この制御手段が、燃料タンクに供給される水素ガスの温度が、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体の供給流量または温度を制御可能とされていることを特徴とする。
本発明の燃料充てん装置は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段の検出値に基づいて、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御する制御手段を備え、この制御手段が、燃料タンクに供給される水素ガスの温度が、前記圧力検出手段の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体の供給流量または温度を制御可能とされていることを特徴とする。
前記冷却媒体供給部は、冷却媒体の供給源となる供給部本体と、冷却媒体を前記冷却手段に供給する供給経路と、冷却媒体を冷却手段から供給部本体に返送する返送経路と、供給経路の冷却媒体を返送経路に導くバイパス経路を備え、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定できるように構成することができる。
本発明の燃料充てん装置は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記冷却手段の上流側で水素ガスの露点温度を検出する露点検出手段と、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御する制御手段を備え、この制御手段が、燃料タンクに供給される水素ガスの温度が、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体の供給流量または温度を制御可能とされていることを特徴とする。
本発明の燃料充てん方法は、燃料タンクに供給される水素ガスを、露点温度以下にならないように冷却することを特徴とする。
本発明の燃料充てん方法は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段を備えた燃料充てん装置を用い、前記圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出し、この水素ガスの温度がこの露点温度以下にならないように、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御することを特徴とする。
本発明の燃料充てん方法では、前記冷却媒体供給部が、冷却媒体の供給源となる供給部本体と、冷却媒体を前記冷却手段に供給する供給経路と、冷却媒体を冷却手段から供給部本体に返送する返送経路と、供給経路の冷却媒体を返送経路に導くバイパス経路とを備え、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定する方法をとることができる。
本発明の燃料充てん方法は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記冷却手段の上流側で水素ガスの露点温度を検出する露点検出手段を備えた燃料充てん装置を用い、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出し、この水素ガスの温度がこの露点温度以下にならないように、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御することを特徴とする。
本発明の燃料充てん方法は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段を備えた燃料充てん装置を用い、前記圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出し、この水素ガスの温度がこの露点温度以下にならないように、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御することを特徴とする。
本発明の燃料充てん方法では、前記冷却媒体供給部が、冷却媒体の供給源となる供給部本体と、冷却媒体を前記冷却手段に供給する供給経路と、冷却媒体を冷却手段から供給部本体に返送する返送経路と、供給経路の冷却媒体を返送経路に導くバイパス経路とを備え、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定する方法をとることができる。
本発明の燃料充てん方法は、水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記冷却手段の上流側で水素ガスの露点温度を検出する露点検出手段を備えた燃料充てん装置を用い、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出し、この水素ガスの温度がこの露点温度以下にならないように、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御することを特徴とする。
本発明は、次に示す効果を奏する。
(1)燃料タンクに供給される水素ガスを、供給に先だって、露点温度以下にならないように冷却するので、結露に起因する流量調整弁等の動作不良を防ぎ、充てん作業を安全に行うことができる。
(2)水素ガスを冷却するので、水素ガス温度を燃料タンクの耐用温度以下に抑えることができる。従って、充てんの際の安全性を低下させることなく水素ガス供給流量を高め、充てん作業の効率を向上させることができる。
(3)冷却媒体の供給流量を制御することによって水素ガスの温度を調整する場合には、水素ガスの温度が変動した場合に、これを迅速に適切な値に調整することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(4)冷却媒体の温度を制御することによって水素ガスの温度を調整する場合には、水素ガスの温度が変動した場合においても、水素ガスの過剰冷却が起こりにいため、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(5)冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定する方法によれば、供給部本体から導出される冷却媒体の流量の変動を抑えることができる。また、冷却媒体供給部における冷却媒体の温度を均一化することができる。
このため、冷却媒体の供給流量の制御において良好な応答性を得ることができる。
従って、水素ガスの温度調整の精度を高めることができる。
(6)露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出する方法によれば、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を精度よく算出することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(1)燃料タンクに供給される水素ガスを、供給に先だって、露点温度以下にならないように冷却するので、結露に起因する流量調整弁等の動作不良を防ぎ、充てん作業を安全に行うことができる。
(2)水素ガスを冷却するので、水素ガス温度を燃料タンクの耐用温度以下に抑えることができる。従って、充てんの際の安全性を低下させることなく水素ガス供給流量を高め、充てん作業の効率を向上させることができる。
(3)冷却媒体の供給流量を制御することによって水素ガスの温度を調整する場合には、水素ガスの温度が変動した場合に、これを迅速に適切な値に調整することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(4)冷却媒体の温度を制御することによって水素ガスの温度を調整する場合には、水素ガスの温度が変動した場合においても、水素ガスの過剰冷却が起こりにいため、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(5)冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定する方法によれば、供給部本体から導出される冷却媒体の流量の変動を抑えることができる。また、冷却媒体供給部における冷却媒体の温度を均一化することができる。
このため、冷却媒体の供給流量の制御において良好な応答性を得ることができる。
従って、水素ガスの温度調整の精度を高めることができる。
(6)露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出する方法によれば、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を精度よく算出することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
図1は、本発明の燃料充てん装置の一例を示すものである。
この燃料充てん装置1は、貯留タンク2からの水素ガスを導く供給経路5と、水素ガスを冷却媒体6により冷却する冷却手段7と、冷却媒体6を冷却手段7に供給する冷却媒体供給部8と、水素ガスの圧力を検出する圧力計9(圧力検出手段)と、水素ガスの温度を検出する温度計10(温度検出手段)と、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量または温度を制御する制御手段11とを備えている。
この燃料充てん装置1は、貯留タンク2からの水素ガスを導く供給経路5と、水素ガスを冷却媒体6により冷却する冷却手段7と、冷却媒体6を冷却手段7に供給する冷却媒体供給部8と、水素ガスの圧力を検出する圧力計9(圧力検出手段)と、水素ガスの温度を検出する温度計10(温度検出手段)と、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量または温度を制御する制御手段11とを備えている。
供給経路5には、水素ガスの流量を調整する流量調整弁V1と、遮断弁V2と、水素ガスの流量を検出し積算する積算流量計F1とが設けられている。
圧力計9は、水素自動車21の燃料タンク22に充てんされる水素ガスの圧力を検出できるようになっている。この圧力検出値は、燃料タンク22内の圧力にほぼ等しくなる。
温度計10は、水素自動車21の燃料タンク22に充てんされる水素ガスの供給温度を検出できるようになっている。
圧力計9は、水素自動車21の燃料タンク22に充てんされる水素ガスの圧力を検出できるようになっている。この圧力検出値は、燃料タンク22内の圧力にほぼ等しくなる。
温度計10は、水素自動車21の燃料タンク22に充てんされる水素ガスの供給温度を検出できるようになっている。
冷却手段7は、水素ガスが導入される熱交換部31と、これを収容する容器32と、冷却媒体6の温度を検出する温度計33(温度検出手段)とを備えている。
冷却媒体供給部8は、冷却媒体6の供給源となる供給部本体34と、冷却媒体6の供給経路37と、冷却媒体6の返送経路38と、バイパス経路39と、冷却媒体6の供給流量を調整する流量調整弁V3と、バイパス経路39に設けられた流量調整弁V4と、供給経路37に設けられた流量計F2とを備えている。
供給部本体34は、冷却媒体6が導入される熱交換部35と、冷却媒体6を冷却する冷却部36とを備えている。供給部本体34としては、フロン冷凍機を用いることができる。
バイパス経路39は、供給経路37と返送経路38とを接続する経路であり、供給経路37の冷却媒体を冷却手段7を通さずに返送経路38に導くことができるようになっている。
冷却媒体供給部8は、冷却媒体6の供給源となる供給部本体34と、冷却媒体6の供給経路37と、冷却媒体6の返送経路38と、バイパス経路39と、冷却媒体6の供給流量を調整する流量調整弁V3と、バイパス経路39に設けられた流量調整弁V4と、供給経路37に設けられた流量計F2とを備えている。
供給部本体34は、冷却媒体6が導入される熱交換部35と、冷却媒体6を冷却する冷却部36とを備えている。供給部本体34としては、フロン冷凍機を用いることができる。
バイパス経路39は、供給経路37と返送経路38とを接続する経路であり、供給経路37の冷却媒体を冷却手段7を通さずに返送経路38に導くことができるようになっている。
制御手段11は、圧力計9の検出値に基づいて、流量調整弁V3の開度を調節することによって、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量を制御可能となっている。
供給経路5には、水素ガスを水素自動車21に供給するフレキシブルホースなどの連絡管41の一端が接続されている。
連絡管41の他端には、水素自動車21に接続可能なノズル42が設けられている。
連絡管41の他端には、水素自動車21に接続可能なノズル42が設けられている。
以下、本発明の燃料充てん方法の第1の例を説明する。
予めコンプレッサ4により水素ガスを高圧にし貯留タンク2に充てんしておく。
燃料充てん装置1を訪れた水素自動車21にノズル42を接続した後、遮断弁V2を開き、貯留タンク2からの水素ガスを供給経路5に導入する。水素ガスの供給流量は、流量調整弁V1によって適切な値に調整することができる。
水素ガスは、導入経路31aを通して、冷却手段7の熱交換部31に導入され、ここで冷却され、導出経路31bを通して供給経路5に戻される。
予めコンプレッサ4により水素ガスを高圧にし貯留タンク2に充てんしておく。
燃料充てん装置1を訪れた水素自動車21にノズル42を接続した後、遮断弁V2を開き、貯留タンク2からの水素ガスを供給経路5に導入する。水素ガスの供給流量は、流量調整弁V1によって適切な値に調整することができる。
水素ガスは、導入経路31aを通して、冷却手段7の熱交換部31に導入され、ここで冷却され、導出経路31bを通して供給経路5に戻される。
冷却手段7には、次のようにして冷却媒体6が供給される。
冷却媒体供給部8では、冷却媒体6が熱交換部35で所定の温度に調整され、供給経路37を通して冷却手段7に供給され、熱交換部31で水素ガスを冷却する。冷却媒体6は、返送経路38を通して供給部本体34に返送される。
冷却媒体供給部8では、冷却媒体6が熱交換部35で所定の温度に調整され、供給経路37を通して冷却手段7に供給され、熱交換部31で水素ガスを冷却する。冷却媒体6は、返送経路38を通して供給部本体34に返送される。
この燃料充てん方法では、制御手段11において、あらかじめ測定された貯留タンク2の水素ガスの露点温度と圧力計9の検出値に基づいて、燃料タンク22に供給される水素ガスの露点温度を算出する。
工業用ガスは、通常、製造方法に応じて所定の圧力条件(例えば大気圧)における露点温度(水分濃度)が判明しているため、この露点温度を上記貯留タンク2の水素ガスの露点温度とすることができる。
工業用ガスは、通常、製造方法に応じて所定の圧力条件(例えば大気圧)における露点温度(水分濃度)が判明しているため、この露点温度を上記貯留タンク2の水素ガスの露点温度とすることができる。
燃料タンク22に供給される水素ガスの露点温度は、圧力に応じた値となる。例えば、大気圧下において露点温度が−70℃である場合には、この水素ガスの水分濃度は約2.8×10−3g/m3となる。圧力35MPaの条件では、大気圧に対する圧力の増加比率が約360倍であるため、水分濃度は2.8×10−3×360=約1.0g/m3となる。この水分濃度は、露点温度約−21℃に相当する。また、圧力70MPaの条件では、露点温度は約−14℃となる。
充てんの進行に伴って燃料タンク22の圧力は上昇するため、水素ガスの露点温度も徐々に上昇する。
充てんの進行に伴って燃料タンク22の圧力は上昇するため、水素ガスの露点温度も徐々に上昇する。
この燃料充てん方法では、水素ガスの温度が上記露点温度以下にならないように、冷却媒体6の供給流量を制御する。
例えば、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度(例えば−20℃)を設定温度とし、水素ガス温度がこの設定温度にまで降下したときに、流量調整弁V3の開度を小さくして冷却媒体6の供給流量を減少または停止させる方法をとることができる。
冷却媒体6の供給流量を減少または停止させることによって、冷却手段7における水素ガスの冷却が抑制され、水素ガスは露点温度より高い温度に維持される。
上記水素ガスの温度は、温度計10で直接検出してもよいし、冷却手段7の温度計33で検出された冷却媒体6の温度を水素ガスの温度と見なすこともできる。
例えば、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度(例えば−20℃)を設定温度とし、水素ガス温度がこの設定温度にまで降下したときに、流量調整弁V3の開度を小さくして冷却媒体6の供給流量を減少または停止させる方法をとることができる。
冷却媒体6の供給流量を減少または停止させることによって、冷却手段7における水素ガスの冷却が抑制され、水素ガスは露点温度より高い温度に維持される。
上記水素ガスの温度は、温度計10で直接検出してもよいし、冷却手段7の温度計33で検出された冷却媒体6の温度を水素ガスの温度と見なすこともできる。
また、水素ガス温度は、露点温度より高い範囲で、極力低くするのが好ましい。
このため、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度範囲(例えば−20℃から−15℃)を設定しておき、水素ガス温度が上記設定温度範囲の下限値(例えば−20℃)に達したときに流量調整弁V3の開度を小さくし、水素ガス温度が上記設定温度範囲の上限値(例えば−15℃)に達したときに流量調整弁V3の開度を大きくする方法をとることができる。この上限値は、燃料タンク22の耐用温度以下の温度にするのが好ましい。
充てんの進行に伴って水素ガスの露点温度は徐々に上昇するため、水素ガスの温度は、露点温度以下とならないように、必要に応じて経時的に上昇させるのが好ましい。
このため、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度範囲(例えば−20℃から−15℃)を設定しておき、水素ガス温度が上記設定温度範囲の下限値(例えば−20℃)に達したときに流量調整弁V3の開度を小さくし、水素ガス温度が上記設定温度範囲の上限値(例えば−15℃)に達したときに流量調整弁V3の開度を大きくする方法をとることができる。この上限値は、燃料タンク22の耐用温度以下の温度にするのが好ましい。
充てんの進行に伴って水素ガスの露点温度は徐々に上昇するため、水素ガスの温度は、露点温度以下とならないように、必要に応じて経時的に上昇させるのが好ましい。
冷却媒体供給部8において供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量は、極力変動しないようにするのが好ましい。
このため、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量が少ないときには、この供給流量に応じた量の冷却媒体6を、バイパス経路39に導入するのが好ましい。
バイパス経路39への冷却媒体6の導入流量を定めるには、制御手段11によって、供給経路37の流量調整弁V3の開度に基づいて、バイパス経路39の流量調整弁V4の開度を調整する方法をとることができる。
例えば、流量調整弁V3の開度と流量調整弁V4の開度の合計をほぼ一定にすることによって、冷却手段7に供給される冷却媒体6とバイパス経路39に導入される冷却媒体6との合計流量をほぼ一定とする方法をとることができる。
具体例としては、2つの流量調整弁の開度の合計が100%とする方法を挙げることができる。この場合には、流量調整弁V3の開度が70%であるときに流量調整弁V4の開度を30%とし、流量調整弁V3の開度が50%であるときに流量調整弁V4の開度を50%とする。
これによって、供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量の変動を抑えることができる。
バイパス経路39に導入された冷却媒体6は、返送経路38を通して供給部本体34に返送される。
このため、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量が少ないときには、この供給流量に応じた量の冷却媒体6を、バイパス経路39に導入するのが好ましい。
バイパス経路39への冷却媒体6の導入流量を定めるには、制御手段11によって、供給経路37の流量調整弁V3の開度に基づいて、バイパス経路39の流量調整弁V4の開度を調整する方法をとることができる。
例えば、流量調整弁V3の開度と流量調整弁V4の開度の合計をほぼ一定にすることによって、冷却手段7に供給される冷却媒体6とバイパス経路39に導入される冷却媒体6との合計流量をほぼ一定とする方法をとることができる。
具体例としては、2つの流量調整弁の開度の合計が100%とする方法を挙げることができる。この場合には、流量調整弁V3の開度が70%であるときに流量調整弁V4の開度を30%とし、流量調整弁V3の開度が50%であるときに流量調整弁V4の開度を50%とする。
これによって、供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量の変動を抑えることができる。
バイパス経路39に導入された冷却媒体6は、返送経路38を通して供給部本体34に返送される。
冷却手段7を経て供給経路5に戻された水素ガスは、連絡管41を通して水素自動車21の燃料タンク22に充てんされる。
この燃料充てん方法は、次に示す効果を奏する。
(1)水素ガスを燃料タンク22に供給するに先だって冷却手段7で冷却し、この際、水素ガスの温度が露点温度以下にならないように冷却媒体6の供給流量を制御するので、水素ガスの温度を露点温度より高く維持することができる。
このため、充てんに伴う圧力上昇により露点温度が上昇するにもかかわらず、水素ガス中の水分による結露が生じるのを防ぐことができる。
従って、結露から生じた氷粒に起因する流量調整弁等の動作不良を防ぎ、充てん作業を安全に行うことができる。
水素ガスは分子が小さいため、弁のわずかな動作不良でもガス漏れが起こりやすいが、この燃料充てん方法では、弁の動作不良を防ぐことができるため、弁におけるガス漏れを防ぐことができ、安全性の点で優れている。
(2)水素ガスを冷却手段7で冷却することによって、水素ガス温度を燃料タンク22の耐用温度以下に抑えることができる。
従って、充てんの際の安全性を低下させることなく水素ガス供給流量を高め、充てん作業の効率を向上させることができる。
(3)冷却媒体6の供給流量を制御することによって水素ガスの温度を調整するので、水素ガスの温度が変動した場合に、これを迅速に適切な値に調整することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(4)冷却手段7への冷却媒体6の供給流量に応じて、バイパス経路39への冷却媒体6の導入流量を設定することによって、供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量の変動を抑えることができる。また、冷却媒体供給部8における冷却媒体6の温度を均一化することができる。
このため、供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量が大きく変動する制御方法(例えばON/OFF制御)に比べて、冷却媒体6の供給流量の制御において良好な応答性を得ることができる。
従って、水素ガスの温度調整の精度を高めることができる。
(1)水素ガスを燃料タンク22に供給するに先だって冷却手段7で冷却し、この際、水素ガスの温度が露点温度以下にならないように冷却媒体6の供給流量を制御するので、水素ガスの温度を露点温度より高く維持することができる。
このため、充てんに伴う圧力上昇により露点温度が上昇するにもかかわらず、水素ガス中の水分による結露が生じるのを防ぐことができる。
従って、結露から生じた氷粒に起因する流量調整弁等の動作不良を防ぎ、充てん作業を安全に行うことができる。
水素ガスは分子が小さいため、弁のわずかな動作不良でもガス漏れが起こりやすいが、この燃料充てん方法では、弁の動作不良を防ぐことができるため、弁におけるガス漏れを防ぐことができ、安全性の点で優れている。
(2)水素ガスを冷却手段7で冷却することによって、水素ガス温度を燃料タンク22の耐用温度以下に抑えることができる。
従って、充てんの際の安全性を低下させることなく水素ガス供給流量を高め、充てん作業の効率を向上させることができる。
(3)冷却媒体6の供給流量を制御することによって水素ガスの温度を調整するので、水素ガスの温度が変動した場合に、これを迅速に適切な値に調整することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(4)冷却手段7への冷却媒体6の供給流量に応じて、バイパス経路39への冷却媒体6の導入流量を設定することによって、供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量の変動を抑えることができる。また、冷却媒体供給部8における冷却媒体6の温度を均一化することができる。
このため、供給部本体34から導出される冷却媒体6の流量が大きく変動する制御方法(例えばON/OFF制御)に比べて、冷却媒体6の供給流量の制御において良好な応答性を得ることができる。
従って、水素ガスの温度調整の精度を高めることができる。
次に、本発明の燃料充てん方法の第2の例を説明する。
上記第1の例では、冷却媒体6の供給流量を制御する方法を示したが、ここに示す第2の例の燃料充てん方法では、水素ガスの温度が上記露点温度以下にならないように、冷却手段7に供給される冷却媒体6の温度を制御する。
例えば、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度(例えば−20℃)を設定温度とし、水素ガス温度がこの設定温度にまで降下したときに、冷却媒体供給部8の冷却部36の出力を抑えて冷却媒体6の温度を上記設定温度以上にする方法をとることができる。
冷却媒体6の温度を上記設定温度以上にすることによって、冷却手段7における水素ガスの冷却が抑制され、水素ガスは露点温度より高い温度に維持される。
上記第1の例では、冷却媒体6の供給流量を制御する方法を示したが、ここに示す第2の例の燃料充てん方法では、水素ガスの温度が上記露点温度以下にならないように、冷却手段7に供給される冷却媒体6の温度を制御する。
例えば、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度(例えば−20℃)を設定温度とし、水素ガス温度がこの設定温度にまで降下したときに、冷却媒体供給部8の冷却部36の出力を抑えて冷却媒体6の温度を上記設定温度以上にする方法をとることができる。
冷却媒体6の温度を上記設定温度以上にすることによって、冷却手段7における水素ガスの冷却が抑制され、水素ガスは露点温度より高い温度に維持される。
冷却手段7で冷却された水素ガスの温度は、冷却媒体6の温度にほぼ等しくなるため、温度計33で検出された冷却媒体6の温度を上記水素ガスの温度検出値と見なすことができる。水素ガスの温度は、温度計10で直接検出してもよい。
冷却媒体供給部8から冷却手段7への冷却媒体6の供給流量は、ほぼ一定とするのが好ましい。
冷却媒体供給部8から冷却手段7への冷却媒体6の供給流量は、ほぼ一定とするのが好ましい。
また、水素ガスの露点温度(例えば−21℃)より高い温度範囲(例えば−20℃から−15℃)を設定しておき、水素ガス温度が上記設定温度範囲の下限値(例えば−20℃)にまで降下したときに冷却媒体6の温度をこの下限値以上にし、水素ガス温度が上記設定温度範囲の上限値(例えば−15℃)にまで上昇したときに冷却媒体6の温度をこの上限値以下にする方法をとることもできる。
上記第2の例の燃料充てん方法は、次の効果を奏する。
(1)第1の例の方法と同様に、水素ガスの温度を露点温度より高く維持することができるため、水素ガス中の水分による結露に起因する流量調整弁等の動作不良を防ぎ、充てん作業を安全に行うことができる。
(2)冷却媒体6の温度を制御することによって水素ガスの温度を調整するので、上記設定温度を露点温度より高い値に設定すれば、水素ガスの温度が変動した場合においても、水素ガスが過剰に冷却されてしまうことが起こりにくくなる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
(1)第1の例の方法と同様に、水素ガスの温度を露点温度より高く維持することができるため、水素ガス中の水分による結露に起因する流量調整弁等の動作不良を防ぎ、充てん作業を安全に行うことができる。
(2)冷却媒体6の温度を制御することによって水素ガスの温度を調整するので、上記設定温度を露点温度より高い値に設定すれば、水素ガスの温度が変動した場合においても、水素ガスが過剰に冷却されてしまうことが起こりにくくなる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
図2は、本発明の燃料充てん装置の他の例を示すもので、この燃料充てん装置51は、冷却手段7の上流側(水素ガス流の上流側)に、露点計3(露点検出手段)を備えている点で、図1に示す燃料充てん装置1と異なる。
以下、この燃料充てん装置51を用いた場合を例として、本発明の燃料充てん方法の第3の例を説明する。
この燃料充てん方法では、露点計3を用いて水素ガスの露点温度を検出し、この露点温度と圧力計9の検出値に基づいて、燃料タンク22に供給される水素ガスの露点温度を算出する。
次いで、燃料タンク22に供給される水素ガスの温度が、この露点温度以下にならないように、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量または温度を制御する。
以下、この燃料充てん装置51を用いた場合を例として、本発明の燃料充てん方法の第3の例を説明する。
この燃料充てん方法では、露点計3を用いて水素ガスの露点温度を検出し、この露点温度と圧力計9の検出値に基づいて、燃料タンク22に供給される水素ガスの露点温度を算出する。
次いで、燃料タンク22に供給される水素ガスの温度が、この露点温度以下にならないように、冷却手段7への冷却媒体6の供給流量または温度を制御する。
この燃料充てん方法では、露点計3によって水素ガスの露点温度を検出し、この露点温度と圧力計9の検出値に基づいて、燃料タンク22に供給される水素ガスの露点温度を算出するので、燃料タンク22に供給される水素ガスの露点温度を精度よく算出することができる。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
従って、水素ガスの温度を確実に露点温度より高く維持することができ、安全性の点で優れている。
1、51・・・燃料充てん装置
3・・・露点計(露点検出手段)
6・・・冷却媒体
7・・・冷却手段
8・・・冷却媒体供給部
9・・・圧力計(圧力検出手段)
11・・・制御手段
21・・・水素自動車
22・・・燃料タンク
34・・・供給部本体
37・・・供給経路
38・・・返送経路
39・・・バイパス経路
3・・・露点計(露点検出手段)
6・・・冷却媒体
7・・・冷却手段
8・・・冷却媒体供給部
9・・・圧力計(圧力検出手段)
11・・・制御手段
21・・・水素自動車
22・・・燃料タンク
34・・・供給部本体
37・・・供給経路
38・・・返送経路
39・・・バイパス経路
Claims (8)
- 水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする燃料充てん装置であって、
燃料タンクに供給される水素ガスを、露点温度以下にならないように冷却する冷却手段(7)を備えていることを特徴とする燃料充てん装置(1)。 - 水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする燃料充てん装置であって、
水素ガスを冷却媒体(6)により冷却する冷却手段(7)と、
前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部(8)と、
燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段(9)と、
この圧力検出手段の検出値に基づいて、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御する制御手段(11)を備え、
この制御手段は、燃料タンクに供給される水素ガスの温度が、前記圧力検出手段の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体の供給流量または温度を制御可能とされていることを特徴とする燃料充てん装置(1)。 - 前記冷却媒体供給部(8)は、冷却媒体の供給源となる供給部本体(34)と、冷却媒体を前記冷却手段に供給する供給経路(37)と、冷却媒体を冷却手段から供給部本体に返送する返送経路(38)と、供給経路の冷却媒体を返送経路に導くバイパス経路(39)を備え、
前記冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定できるようになっていることを特徴とする請求項2に記載の燃料充てん装置(1)。 - 水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする燃料充てん装置であって、
水素ガスを冷却媒体(6)により冷却する冷却手段(7)と、
前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部(8)と、
燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段(9)と、
前記冷却手段の上流側で水素ガスの露点温度を検出する露点検出手段(3)と、
前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御する制御手段(11)を備え、
この制御手段は、燃料タンクに供給される水素ガスの温度が、前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値から算出された露点温度以下にならないように、冷却媒体の供給流量または温度を制御可能とされていることを特徴とする燃料充てん装置(51)。 - 水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、
燃料タンクに供給される水素ガスを、露点温度以下にならないように冷却することを特徴とする燃料充てん方法。 - 水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、
水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段を備えた燃料充てん装置を用い、
前記圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出し、この水素ガスの温度がこの露点温度以下にならないように、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御することを特徴とする燃料充てん方法。 - 前記冷却媒体供給部は、冷却媒体の供給源となる供給部本体と、冷却媒体を前記冷却手段に供給する供給経路と、冷却媒体を冷却手段から供給部本体に返送する返送経路と、供給経路の冷却媒体を返送経路に導くバイパス経路とを備え、
前記冷却手段への冷却媒体の供給流量に応じて、バイパス経路への冷却媒体の導入流量を設定することを特徴とする請求項6に記載の燃料充てん方法。 - 水素ガスを燃料とする水素自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、
水素ガスを冷却媒体により冷却する冷却手段と、前記冷却媒体を冷却手段に供給する冷却媒体供給部と、燃料タンクに供給される水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記冷却手段の上流側で水素ガスの露点温度を検出する露点検出手段を備えた燃料充てん装置を用い、
前記露点検出手段と圧力検出手段の検出値に基づいて、燃料タンクに供給される水素ガスの露点温度を算出し、この水素ガスの温度がこの露点温度以下にならないように、前記冷却手段への冷却媒体の供給流量または温度を制御することを特徴とする燃料充てん方法。
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