JP2005155869A - Gas fuel filling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両内に搭載した複数のタンクにガス燃料を充填するガス燃料充填方法に関するものである。 The present invention relates to a gas fuel filling method for filling a plurality of tanks mounted in a vehicle with gas fuel.
近年、燃料電池による発電電力を駆動源とする燃料電池車両の開発が進められている。この燃料電池車両の燃料として、ガス燃料を使用するものについては、そのガス燃料を収容するタンクを備えるものがある。この種の技術として、例えば、特許文献1には、充填圧力が高くなってもその圧力を逃がすことで充填口の逆止弁にかかる圧力を低下させる技術が提案されている。
ところで、車両内に単一のタンクを搭載するよりも、放熱特性の異なる複数のタンクを搭載した方が、それぞれの特性を活かすことができる点で効率的である。しかしながら、それぞれのタンクに一斉に充填を開始すると、各タンクのガス温度上昇量が異なるため、タンク間のガスの充填効率が不均一となり、効率的な充填が行えないという問題がある。
また、複数のタンク間で容積や材料が異なる場合には、放熱面積の低いまたは放熱性の低い材質のタンクが満充電されづらく、燃料貯蔵装置全体としての充填効率が下がるという問題がある。
By the way, rather than mounting a single tank in the vehicle, mounting a plurality of tanks having different heat dissipation characteristics is more efficient in that each characteristic can be utilized. However, when filling each tank at the same time, since the amount of gas temperature rise in each tank differs, there is a problem that the gas filling efficiency between the tanks becomes uneven and efficient filling cannot be performed.
Further, when the volume and material are different among the plurality of tanks, there is a problem that the tank of a material having a low heat radiation area or a material having low heat radiation is not fully charged, and the filling efficiency of the entire fuel storage device is lowered.
特に、燃料ガスが水素の場合には、水素の特性から、充填時の体積膨張や断熱圧縮のそれぞれの要因で温度が上昇するため、それに伴ってタンク内の圧力も増大してしまう。この圧力増加のため、タンク内に十分な量の水素を充填することが非常に困難であるという問題がある。
本発明は、複数のタンクにガス燃料を効率よく充填することができるガス燃料充填方法を提供することを目的とする。
In particular, when the fuel gas is hydrogen, the temperature rises due to the respective factors of volume expansion and adiabatic compression during filling due to the characteristics of hydrogen, and the pressure in the tank also increases accordingly. Due to this pressure increase, there is a problem that it is very difficult to fill the tank with a sufficient amount of hydrogen.
An object of the present invention is to provide a gas fuel filling method capable of efficiently filling a plurality of tanks with gas fuel.
請求項1に係る発明は、放熱特性の異なる複数のタンク(例えば、実施の形態におけるタンク5)と、ガス燃料充填口(例えば、実施の形態における充填口2)と前記複数のタンクとをそれぞれ接続する充填配管(例えば、実施の形態における配管3)と、該充填配管に設けられ、各タンクへの充填流路を切り換える切換手段(例えば、実施の形態における切換バルブ25)とを車両内に有し、前記複数のタンクのうち、放熱特性の高いタンクからガス燃料の充填を行っていき、他のタンクにガス燃料の充填を行った後に、前記放熱特性の高いタンクにガス燃料の再充填を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 1 includes a plurality of tanks having different heat dissipation characteristics (for example,
この発明によれば、まず、放熱効率の高いタンクに最初にガス燃料を充填することで、一定量のガス燃料をこのタンク内に充填しておく。そして、該タンクへの充填を一旦停止して他のタンクにガス燃料の充填を行うことにより、該他のタンクにガス燃料を充填しつつ、最初に充填したタンクの冷却時間を確保することができる。また、最初に充填したタンクは放熱特性の高いタンクであるので、再充填を行う際には、放熱により該タンク内の温度が低下して、これに伴い該タンク内の圧力も低下している。従って、最初に充填したタンクに再充填する際に、十分な量のガス燃料を充填させることができ、略満充填まで充填量を増やすことができる。また、各タンクに連続的に充填処理を継続することができるので、各タンクに一斉に充填処理を行う場合に比べて充填時間を短縮することができる。 According to the present invention, first, gas fuel is first filled in a tank having high heat dissipation efficiency, so that a certain amount of gas fuel is filled in the tank. Then, by temporarily filling the tank and filling the other tank with gas fuel, it is possible to secure the cooling time of the tank that has been filled first while filling the other tank with gas fuel. it can. In addition, since the tank filled first is a tank with high heat dissipation characteristics, when refilling, the temperature in the tank decreases due to heat dissipation, and the pressure in the tank also decreases accordingly. . Therefore, when the tank filled first is refilled, a sufficient amount of gas fuel can be filled, and the filling amount can be increased to substantially full filling. In addition, since the filling process can be continuously performed on each tank, the filling time can be shortened as compared with the case where the filling process is simultaneously performed on each tank.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のものであって、前記放熱特性の高いタンクの再充填は、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度未満に下がった後で行うことを特徴とする。
この発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度以下に低下した場合にはそれに伴い該タンク内の圧力も低下しているので、このときに再度タンクに燃料ガスを充填することにより、十分な量のガス燃料を充填することが可能となる。
The invention according to
According to the present invention, when the temperature of the tank having high heat dissipation characteristics falls below a predetermined temperature, the pressure in the tank also drops accordingly, and at this time, the tank is again filled with fuel gas. Thus, a sufficient amount of gas fuel can be filled.
請求項3に係る発明は、請求項1に記載のものであって、前記放熱特性の高いタンクの再充填は、前記放熱特性の高いタンクの最初の充填から所定時間後に行うことを特徴とする。
この発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの放熱による冷却時間を確保できるので、該タンクに再充填を行う際に十分な量の燃料を充填することが可能となる。
The invention according to claim 3 is the apparatus according to claim 1, wherein the refilling of the tank with high heat dissipation characteristics is performed after a predetermined time from the first filling of the tank with high heat dissipation characteristics. .
According to the present invention, the cooling time by heat dissipation of the tank having high heat dissipation characteristics can be secured, so that a sufficient amount of fuel can be filled when the tank is refilled.
請求項1に係る発明によれば、他のタンクにガス燃料を充填しつつ、最初に充填したタンクの冷却時間を確保することができる。このため、最初に充填したタンクに再充填する際に、十分な量のガス燃料を充填させることができ、略満充填まで充填量を増やすことができるので、一回の充填での走行距離を増大させることができる。また、各タンクに一斉に充填処理を行う場合に比べて充填時間を短縮することができる。 According to the invention which concerns on Claim 1, the cooling time of the tank with which it filled initially can be ensured, filling other fuel with gas fuel. For this reason, when refilling the tank that was initially filled, a sufficient amount of gas fuel can be filled, and the filling amount can be increased to substantially full filling, so the travel distance in one filling can be reduced. Can be increased. In addition, the filling time can be shortened compared to the case where the filling process is performed on each tank at the same time.
請求項2に係る発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度以下に低下した場合に再度タンクに燃料ガスを充填することにより、十分な量のガス燃料を充填することが可能となる。
請求項3に係る発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの放熱による冷却時間を確保できるので、該タンクに再充填を行う際に十分な量の燃料を充填することが可能となる。
According to the second aspect of the present invention, when the temperature of the tank with high heat dissipation characteristics falls below a predetermined temperature, the tank can be filled with a sufficient amount of gas fuel by refilling the tank with fuel gas. It becomes.
According to the invention of claim 3, since the cooling time by heat dissipation of the tank having high heat dissipation characteristics can be ensured, it is possible to fill the tank with a sufficient amount of fuel when refilling the tank.
以下、図面を参照して本発明に係るガス燃料充填方法について実施の形態を説明する。図1は、この発明の第1の実施の形態におけるガス燃料充填方法に係るガス充填システムの構成を示すブロック図である。ガス燃料充填システムは、高圧ガスタンク5(5A〜5C)と、この高圧ガスタンクへ高圧燃料ガスを高圧充填する配管3と、この配管3の充填口2に設けられた第1の逆止弁15、切換バルブ25、配管26(26A〜26C)とを備えている。配管3は高圧ガスタンク5への充填ラインであるので、充填を短時間で終えられるように、比較的太い配管を用いる。第1の逆止弁15にはゴムシートがついており、気密性を保持している。また、切換バルブ25は、その上流側に配管3が接続されるとともに、その下流側に配管26(26A〜26C)が接続される。各配管26A〜26Cは、ガスタンク5A〜5Cにそれぞれ接続されている。そして、この切換バルブ25は、ECU(Electric Control Unit)からの制御信号により、各配管26A〜26Cのいずれかを選択的に開放してそれ以外を遮断することで、ガス流路の切換を行う。これについては後述する。
Embodiments of a gas fuel filling method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a gas filling system according to a gas fuel filling method according to a first embodiment of the present invention. The gas fuel filling system includes a high-pressure gas tank 5 (5A to 5C), a pipe 3 for high-pressure filling of the high-pressure gas into the high-pressure gas tank, and a
高圧ガスタンク5(5A〜5C)は、それぞれ、内部が中空の有底円筒状に形成された容器本体と、その内側に貼付されたライナ層とで構成されている。本実施の形態においては、ライナ層の材料として、放熱特性の高いアルミニウムを用いている。また、各ガスタンク5A〜5Cの容積の大きさは、ガスタンク5A、ガスタンク5B、ガスタンク5Cの順であり、放熱特性の高さ(この場合は、単体体積あたりの表面積の大きさ)も同じ順番になっている。
Each of the high-pressure gas tanks 5 (5A to 5C) includes a container main body formed in a hollow cylindrical shape with a hollow inside, and a liner layer attached to the inside thereof. In this embodiment, aluminum having high heat dissipation characteristics is used as the material of the liner layer. The volume of each
また、高圧ガスタンク5の容器弁(インタンク電磁弁)11は、第3の逆止弁16と、電磁遮断弁17と、安全弁18と、手動遮断弁19A、19Bとからなる。第3の逆止弁16は、高圧ガスタンク5に高圧充填された水素が配管3側に逆流するのを防止している。電磁遮断弁17は、車両が駐車しているとき等には閉じているが、車両を運転する際、例えばイグニッションキーIGのONによって開き、高圧充填された水素が減圧弁7で減圧されて、遮断弁8を経て燃料電池(図示せず)に送られる。安全弁18は、高圧ガスタンク5内の水素が規定の圧力よりも高くなったときに外部に逃がす弁である。高圧ガスタンク5への充填側の手動遮断弁19Aと、高圧ガスタンク5内の燃料ガスを消費する側の手動遮断弁19Bは、整備の際などに使用する弁である。
The container valve (in-tank electromagnetic valve) 11 of the high-
また、タンク5(5A〜5C)には、圧力・温度センサ6(6A〜6C)をそれぞれ設けて、タンク5(5A〜5C)内の高圧ガスの圧力と温度を常時監視している。減圧弁7は、高圧ガスタンク5の圧力を減圧し、燃料電池またはエンジンに供給している。遮断弁8は、減圧後の圧力が高い場合の放出弁である。
The tank 5 (5A to 5C) is provided with pressure / temperature sensors 6 (6A to 6C), respectively, and constantly monitors the pressure and temperature of the high-pressure gas in the tank 5 (5A to 5C). The pressure reducing valve 7 reduces the pressure of the high
上記のように構成したガス燃料システムの動作について説明する。
高圧ガスを高圧充填する場合、まず、充填口2に充填設備(図示せず)を接続して、配管3にガス燃料を高圧で供給する。このとき、ECUの制御信号を切換バルブ25に送信して、切換バルブ25を作動させる。この場合には、放熱特性の最も高いタンク、換言すれば、ポリトロープ断熱圧縮に起因する充填時のガス温度上昇量が最小のタンク(タンク5A)に最初に充填を開始する。この場合、放熱特性の最も高いタンク5Aに最初に充填を行うようにする。すなわち、切換バルブ25により、配管26Aの流路を開放するとともに配管26B、26Cの流路を遮断する。
The operation of the gas fuel system configured as described above will be described.
When high-pressure gas is filled with high pressure, first, a filling facility (not shown) is connected to the
そして、タンク5A内圧力が基準値まで上昇したことを温度・圧力センサ6Aにより検知すると、切換バルブ25により、ガス流路の切換が行われる。すなわち、タンク5Aへの充填を一旦停止して、次に放熱性の高いタンク(この場合はタンク5B)に充填を行う。また、タンク5Bからタンク5Cへの充填流路の切換も同様にして行う。すなわち、放熱特性の高いタンク5A〜5Cの順番にガス燃料の充填を行っていく。
When the temperature /
このように、放熱効率の高いタンク5Aに最初にガス燃料を充填することで、一定量のガス燃料をこのタンク5A内に充填しておく。そして、該タンク5Aへの充填を一旦停止して他のタンク5B、5Cにガス燃料の充填を行うことにより、タンク5B、5Cにガス燃料を充填しつつ、最初に充填したタンク5Aの冷却時間を確保することができる。
Thus, by filling the
そして、他のタンク5(この場合はタンク5B、5C)への充填が一旦終了したときに、最初のタンク5Aに再度充填を行う。タンク5Aは、車両の搭載されたタンク5A〜5Cの中で最も放熱特性の高いタンクであるので、再充填を行う際には、放熱により該タンク5A内の温度が低下して、これに伴い該タンク5A内の圧力も低下している。従って、最初に充填したタンク5Aに再充填する際に、十分な量のガス燃料を充填させることができ、略満充填まで充填量を増やすことができる。そして、タンク5B、タンク5Cについても同様に再度充填を行うことで、これらのタンク5B、5Cについても充填量を略満充填まで増やすことができるため、一回の充填での走行可能な距離を増大することができる。また、各タンク5A〜5Cに連続的に充填処理を継続することができるので、各タンクA〜5Cに一斉に充填処理を行う場合に比べて充填時間を短縮することができる。
Then, when the filling of the other tanks 5 (in this case,
図2はこの発明の第2の実施の形態におけるガス燃料充填方法に係るガス充填システムの構成を示すブロック図である。この実施の形態で車両に搭載されるガスタンク5D〜5Fはそれぞれ同じ内容積である。そして、各ガスタンク5(5D〜5F)には、圧力・温度センサ6(6D〜6F)をそれぞれ設けている。また、ガスタンク5Dのライナ層の材質はアルミニウムであるのに対し、ガスタンク5E、5Fのライナ層の材質は樹脂である。アルミニウムは樹脂よりも放熱特性が高いので、タンク5Dの放熱特性はタンク5E、5Fよりも高くなる。このため、本実施の形態では、まず、ガスタンク5Dのガス充填を行い、ついで、タンク5E、5Fの充填を行う。
そして、本実施の形態においては、各タンク5D〜5Fの温度が一定値に到達した時点で、切換バルブ25を作動させて、充填流路の切換を行うようにしている。このようにすることで、前記放熱特性の高いタンク5Dの温度が所定温度以下に低下した場合にはそれに伴い該タンク5D内の圧力も低下しているので、このときに再度タンク5Dに燃料ガスを充填することにより、十分な量のガス燃料を充填することが可能となる。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the gas filling system according to the gas fuel filling method of the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the
And in this Embodiment, when the temperature of each
なお、本発明の内容は上述の実施の形態に限られるものでないことはもちろんである。例えば、放熱特性として、ライナ層の材料が異なる場合と、ライナ層の面積が異なる場合とを分けて説明したが、それぞれが異なるタンクを用いてもよい。
また、前記放熱特性の高いタンクの最初の充填から所定時間後に行うようにしてもよい。このようにすると、前記放熱特性の高いタンクの放熱による冷却時間を確保できるので、該タンクに再充填を行う際に十分な量の燃料を充填することが可能となる。
Needless to say, the contents of the present invention are not limited to the above-described embodiment. For example, although the case where the liner layer material is different from the case where the liner layer area is different has been described as the heat dissipation characteristics, different tanks may be used.
Moreover, you may make it carry out after the predetermined time from the first filling of the tank with the said high heat dissipation characteristic. In this case, a cooling time by heat radiation of the tank having high heat radiation characteristics can be secured, so that a sufficient amount of fuel can be filled when the tank is refilled.
<実施例1>
図1を用いて実施例1について説明する。この実施例では、全てのタンク5A〜5Cがアルミニウムのライナ層を備えており、各タンク5A〜5Cの内容積は、それぞれ100L、60L、30Lである。そして、単位体積あたりのアルミニウムの表面積の大きさは、タンク5A、タンク5B、タンク5Cの順である。
<Example 1>
Example 1 will be described with reference to FIG. In this embodiment, all of the
このようなタンク5A〜5Cに上述の第1の実施の形態で示した方法で充填した場合(実施例1)と、各タンク5A〜5Cに同時に充填を行った場合(比較例1)の充填量を測定した。その結果、実施例1の実充填量は46.2m^3であったのに対し、比較例1の実充填量は44.6m^3であった。したがって、実施例1の場合には、比較例1の場合に比べて3.5%充填量を上昇させることができた。
When
<実施例2>
図1を用いて実施例2について説明する。この場合のそれぞれのタンク5A〜5Cの内容積は、それぞれ90L、60L、40Lとする。そして、ライナ層の材質は、タンク5A、5Bがアルミニウムで、タンク5Cが樹脂である。
<Example 2>
A second embodiment will be described with reference to FIG. In this case, the internal volumes of the
このようなタンク5A〜5Cに上述の第1の実施の形態で示した方法で充填した場合(実施例2)と、各タンク5A〜5Cに同時に充填を行った場合(比較例2)の充填量を測定した。その結果、実施例2の実充填量は45.0m^3であったのに対し、比較例2の実充填量は43.6m^3であった。したがって、実施例2の場合には、比較例2の場合に比べて3.1%充填量を上昇させることができた。
When
<実施例3>
図2を用いて実施例3について説明する。この場合のそれぞれのタンク5D〜5Fの内容積は、それぞれ60Lとする。そして、ライナ層の材質は、全てのタンク5D〜5Fが樹脂である。また、タンク5D〜5F内のガス温度上昇量は、タンク5D、タンク5E、タンク5Fの順に大きくなっている。
このようなタンク5D〜5Fに上述の第2の実施の形態で示した方法で充填した場合(実施例3)と、各タンク5D〜5Fに同時に充填を行った場合(比較例3)の充填量を測定した。ここで、実施例3では各タンク5D〜5F内のガス温度が85度に到達した時点で、切換バルブ26を作動させてガス流路の切換を行った。その結果、実施例3の実充填量は45.0m^3であったのに対し、比較例3の実充填量は42.8m^3であった。したがって、実施例3の場合には、比較例3の場合に比べて2.5%充填量を上昇させることができた。
<Example 3>
Example 3 will be described with reference to FIG. In this case, the internal volume of each of the
When
2 充填口
3 配管
5(5A〜5F) 高圧ガスタンク
25 切換バルブ(切換手段)
26(26A〜26F) 配管
2 Filling port 3 Piping 5 (5A to 5F) High
26 (26A-26F) Piping
Claims (3)
ガス燃料充填口と前記複数のタンクとをそれぞれ接続する充填配管と、
該充填配管に設けられ、各タンクへの充填流路を切り換える切換手段とを車両内に有し、
前記複数のタンクのうち、放熱特性の高いタンクからガス燃料の充填を行っていき、他のタンクにガス燃料の充填を行った後に、前記放熱特性の高いタンクにガス燃料の再充填を行うことを特徴とするガス燃料充填方法。 Multiple tanks with different heat dissipation characteristics;
A filling pipe connecting the gas fuel filling port and the plurality of tanks, respectively;
Switching means provided in the filling pipe and for switching a filling flow path to each tank;
Among the plurality of tanks, the gas fuel is filled from a tank having a high heat dissipation characteristic, and after filling the other tank with the gas fuel, the tank having a high heat dissipation characteristic is refilled with the gas fuel. A gas fuel filling method characterized by the above.
2. The gas fuel filling method according to claim 1, wherein the refilling of the tank with high heat dissipation characteristics is performed after a predetermined time from the first filling of the tank with high heat dissipation characteristics.
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