JP2006144962A - Hydrogen gas supply system and moving body equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料として水素ガスを用いる内燃機関や燃料電池に、減圧した水素ガスを供給する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for supplying decompressed hydrogen gas to an internal combustion engine or a fuel cell that uses hydrogen gas as fuel.
車両に搭載される燃料電池システムのように、高圧水素タンクから燃料ガスとしての水素ガスが供給されるシステムでは、高圧状態の水素ガスを減圧する段階で、断熱膨張により水素ガスの温度が著しく低下する現象が知られている(例えば、特許文献1参照)。そのため、低下した水素ガスの温度次第では、燃料電池を構成する各種部品やシール部の耐久性・信頼性等に影響を与える可能性がある。 In a system that supplies hydrogen gas as a fuel gas from a high-pressure hydrogen tank, such as a fuel cell system mounted on a vehicle, the temperature of the hydrogen gas significantly decreases due to adiabatic expansion when the high-pressure hydrogen gas is depressurized. This phenomenon is known (for example, see Patent Document 1). For this reason, depending on the temperature of the lowered hydrogen gas, there is a possibility of affecting the durability and reliability of various parts and seal parts constituting the fuel cell.
そこで、下記特許文献2には、燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス配管と、燃料電池本体を冷却した水を排出する冷却水排出管とを隣接して配置することで、冷却水の廃熱を利用して水素ガスを予熱する技術が開示されている。
Therefore, in
しかしながら、このような従来の技術では、もともと機能の異なる2つの配管を隣接して配置する必要があるため、車両等の限られた空間内では、そのような配置を採ることが困難である場合があった。 However, in such a conventional technique, it is necessary to arrange two pipes having different functions adjacent to each other, so that it is difficult to adopt such arrangement in a limited space such as a vehicle. was there.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、減圧によって低下した水素ガスの温度を簡易な構成で昇温することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to raise the temperature of hydrogen gas, which has been lowered by decompression, with a simple configuration.
上記目的を踏まえ、本発明は、
水素ガスを消費する水素消費機器に前記水素ガスを供給する水素ガス供給システムであって、
高圧状態の水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵手段と、
前記水素ガスを減圧する減圧手段と、
前記減圧手段により減圧された水素ガスを、前記水素消費機器に供給する水素ガス供給配管とを備え、
前記水素ガス供給配管は、その一部を屈曲して形成した余剰配管部を有しており、前記減圧手段から前記水素消費機器までの配管に必要な経路長よりも長い配管長としたことを要旨とする。
Based on the above object, the present invention provides:
A hydrogen gas supply system that supplies the hydrogen gas to a hydrogen consuming device that consumes hydrogen gas,
Hydrogen gas storage means for storing high-pressure hydrogen gas;
Decompression means for decompressing the hydrogen gas;
A hydrogen gas supply pipe for supplying the hydrogen gas decompressed by the decompression means to the hydrogen consuming equipment,
The hydrogen gas supply pipe has a surplus pipe portion formed by bending a part thereof, and has a pipe length longer than a path length necessary for the pipe from the decompression means to the hydrogen consuming equipment. The gist.
本発明の水素ガス供給システムでは、減圧に伴い断熱膨張によって低温となった水素ガスが水素供給配管中の余剰配管部を通ることで外気との熱交換が行われ昇温される。水素は比熱が低いため、配管を蛇腹状に形成したり、その表面に受熱用のフィンを設けたりするなど、特別な形状とすることなく、本発明のように水素ガス供給配管を長くするという簡易な構成で容易に昇温することができる。例えば、余剰配管部の長さは、1メートルないし2メートル程度とすることができる。この程度の長さがあれば、水素は比熱が低いため、十分に水素ガスを昇温させることができる。 In the hydrogen gas supply system of the present invention, the hydrogen gas, which has become low temperature due to adiabatic expansion due to the decompression, passes through the surplus piping portion in the hydrogen supply piping, so that heat exchange with the outside air is performed and the temperature is raised. Since the specific heat of hydrogen is low, the hydrogen gas supply pipe is lengthened as in the present invention without forming a special shape such as forming the pipe in a bellows shape or providing a heat receiving fin on the surface thereof. The temperature can be easily raised with a simple configuration. For example, the length of the surplus piping part can be about 1 meter to 2 meters. With such a length, the specific heat of hydrogen is low, so that the hydrogen gas can be sufficiently heated.
上記構成の水素ガス供給システムにおいて、
前記余剰配管部は、前記水素ガス供給配管の一部が蛇行状または螺旋状または渦巻状に屈曲されることにより形成されているものとすることができる。
In the hydrogen gas supply system configured as described above,
The surplus piping part may be formed by bending a part of the hydrogen gas supply piping into a meandering shape, a spiral shape, or a spiral shape.
このような構成によれば、余剰配管部をコンパクトに形成できると共に、その長さを大きく確保することができる。従って、水素ガス供給配管が外気と触れる面積が増し、熱交換を効率よく行うことが可能となる。 According to such a configuration, the surplus piping portion can be formed compactly and the length thereof can be ensured to be large. Accordingly, the area where the hydrogen gas supply pipe comes into contact with the outside air increases, and heat exchange can be performed efficiently.
上記構成の水素ガス供給システムにおいて、
前記水素消費機器は、水素ガスを燃料とする内燃機関または燃料電池であるものとすることができる。
In the hydrogen gas supply system configured as described above,
The hydrogen consuming device may be an internal combustion engine or a fuel cell using hydrogen gas as a fuel.
このような構成によれば、低温となった水素ガスの影響により内燃機関や燃料電池を構成する各種部品やシール部が劣化し、耐久性や信頼性等が損なわれることを抑制することができる。また、本発明によれば、燃料としての水素ガスの温度を昇温させることができるため、内燃機関における水素ガスの燃焼状態の向上や、燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress deterioration of durability, reliability, and the like due to deterioration of various parts and seal portions constituting the internal combustion engine and the fuel cell due to the influence of hydrogen gas that has become low temperature. . Further, according to the present invention, the temperature of the hydrogen gas as the fuel can be raised, so that the combustion state of the hydrogen gas in the internal combustion engine and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
また、本発明は、上述した水素ガス供給システムを備える移動体としても構成することができる。 Moreover, this invention can be comprised also as a moving body provided with the hydrogen gas supply system mentioned above.
移動体内部には、内燃機関や燃料電池、その他、様々な補機類が取り付けられているため熱交換機などの装置を取り付けるスペースを確保することが困難な場合がある。そのため、簡易な構成で水素ガスの昇温が可能な本発明の効果が特に高い。 There are cases where it is difficult to secure a space for mounting a device such as a heat exchanger because an internal combustion engine, a fuel cell, and various other auxiliary machines are mounted inside the moving body. Therefore, the effect of the present invention that can raise the temperature of hydrogen gas with a simple configuration is particularly high.
また、このような移動体において、前記余剰配管部は、走行風があたる位置に配置されているものとしてもよい。 Moreover, in such a moving body, the surplus piping part may be arranged at a position where the traveling wind hits.
このような構成であれば、走行風を余剰配管部にあてることにより、より効率的に水素ガスを昇温させることができる。 With such a configuration, the temperature of the hydrogen gas can be raised more efficiently by applying the traveling wind to the surplus piping part.
以下、本発明の実施の形態について実施例に基づき説明する。
図1は、実施例としての車両100の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施例の車両100は、燃料電池スタック10や、この燃料電池スタック10に水素ガスを供給する水素供給システム20、モータ40、制御ユニット50等により構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a
燃料電池スタック10は、水素供給システム20から供給される水素と、ブロア45から供給される空気中の酸素の電気化学反応によって発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック10には、この燃料電池スタック10によって発電された電力によって駆動するモータ40が接続されている。モータ40は車軸60を介して車輪65を駆動する動力源として用いられる。
The
制御ユニット50は、CPUやRAM、ROMを備えている。CPUは、RAMを作業領域として用いつつROMに記録された制御プログラムを実行することで車両100の運転制御を行う。制御ユニット50には、アクセル開度センサ55が接続されている。制御ユニット50は、このアクセル開度センサ55によって検出した運転者のアクセルの踏み込み量に応じてブロア45からの空気の供給量や水素供給システム20からの水素の供給量を調整し、燃料電池スタック10による発電量を制御する。
The
水素供給システム20は、4つの高圧水素タンク21と、水素ガス供給配管22とを備えている。高圧水素タンク21は、それぞれ、減圧弁23と、手動バルブ24と、シャットバルブ25とを介して水素ガス供給配管22に接続されている。なお、本実施例の車両100は、高圧水素タンク21を4つ備えるものとしたが、その数は任意であり、1つ備えるものとしてもよいし、2つ備えるものとしてもよい。また、3つ備えるものとしてもよい。もちろん、5つ以上備えるものとしてもよい。
The
高圧水素タンク21には、水素ガスが、35〜70MPaの高圧状態で貯蔵されている。減圧弁23は、この高圧水素を、燃料電池スタック10が要求する圧力、すなわち、0.1〜0.2MPa程度の圧力まで減圧する。手動バルブ24は、緊急時等に燃料電池スタック10への水素ガスの供給を手動で停止するためのバルブである。シャットバルブ25は、制御ユニット50からの指示に基づき、4つの高圧水素タンクのうち、燃料電池スタック10に対して実際に水素供給を行うタンクを選択するために用いるバルブである。高圧水素タンク21には、更に、外部から水素ガスの補給を受けるための水素補給配管26が逆止弁27,28や手動バルブ29を介して接続されている。
Hydrogen gas is stored in the high-
水素ガス供給配管22は、その配管長が、減圧弁23から燃料電池スタック10までの最短配管経路よりも1ないし2メートル程度長くなるように余剰配管部30を有している。この余剰配管部30は、水素ガス供給配管22の一部が蛇行状に屈曲されることにより形成されている。このような形状であれば、余剰配管部30をコンパクトに形成することができるため、車両100内の限られた空間の中に効率よく収容することができる。
The hydrogen
以上のように構成された本実施例の車両100では、高圧水素タンク21から出力された水素ガスは、減圧弁23によって急激に減圧され、断熱膨張によってその温度が著しく低下することになる。しかし、水素ガスは、水素ガス供給配管22の経路中に設けられた余剰配管部30を通ることで、外気との熱交換が促進されて昇温されることになる。水素は比熱が小さいため、水素ガス供給配管22を蛇腹状に形成したり、表面に受熱用のフィンを設けたりするなど特別な配管形状とすることなく、本実施例のように余剰配管部30を設けて水素ガス供給配管22の配管長を長くするという簡易な構成で容易に昇温することができる。この結果、低温の水素ガスによって燃料電池スタック10を構成する種々の部品やシール部が劣化し、耐久性や信頼性が低下することを抑制することが可能になる。
In the
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に何ら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施例では、車両100に水素供給システム20を搭載するものとしたが、据え置き型の燃料電池システムに水素供給システム20を備えるものとしてもよい。また、水素供給システム20は、水素ガスを燃焼して駆動力を得る内燃機関に水素ガスを供給する目的にも利用可能である。その他、以下のような変形が可能である。
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to such an Example at all, Of course, it can implement with a various form within the range which does not deviate from the meaning. For example, in the above embodiment, the
(変形例1)
図2および図3は、余剰配管部30の変形例を示す説明図である。上記実施例では、水素ガス供給配管22の一部を蛇行状に屈曲することで余剰配管部30を形成したが、これに対して、図3の余剰配管部30bは、水素ガス供給配管22の一部を螺旋状に屈曲することで形成した。また、図4の余剰配管部30cは、水素ガス供給配管22の一部を渦巻状に屈曲することで形成した。これらの形状であっても、水素ガス供給配管22の配管長を長くすることができ、外気との熱交換を促進することができる。
(Modification 1)
FIG. 2 and FIG. 3 are explanatory diagrams showing modifications of the
(変形例2)
図4は、車両100の変形例を示す説明図である。本変形例の車両100bは、図示するように、走行風を導入するダクト70とファン80とを余剰配管部30に向けて設置するものとした。このような構成であれば、熱交換をより一層促進させることができる。水素ガスの温度は、外気温よりも10℃程度低い温度であれば発電に支障がないため、走行風によって十分に熱交換を行うことができる。また、高圧水素タンク21から供給される水素ガスの温度は、燃料電池スタック10がより多くの水素ガスを要求する高速走行時等の高負荷時ほど低下する。しかし、このような場合であっても、高速走行時であれば、熱交換に十分な量の走行風の流量を得ることができるため、水素ガスを十分に昇温させることができる。なお、本変形例では、ダクト70とファン80の両者を備えるものとしたが、いずれか一方のみを備える構成としてもよい。また、ダクト70やファン80を設けず、走行風のあたる位置に余剰配管部30を配置するという簡略的な構成を採るものとしてもよい。
(Modification 2)
FIG. 4 is an explanatory view showing a modified example of the
(変形例3)
図5(a)および(b)は、水素ガス供給配管22の変形例を示す説明図である。上述した実施例や変形例では、水素ガス供給配管22の一部を屈曲することで蛇行状や螺旋状の余剰配管部30を形成した。これに対して、本変形例では、燃料電池スタック10と高圧水素タンク21とを結ぶ最短経路よりも長い経路となるように水素ガス供給配管22を遠回りさせて配管している。このようにすることによっても、外気との熱交換を促進させて水素ガスを昇温させることができる。このように、配管を遠回りさせてその配管長を長くするものとすれば、燃料電池スタック10と高圧水素タンク21との間(図中の破線内)にスペースが開くため、車両に搭載される様々な機器を自由度高く配置することが可能となる。
(Modification 3)
FIGS. 5A and 5B are explanatory views showing a modification of the hydrogen
100...車両
10...燃料電池スタック
20...水素供給システム
21...高圧水素タンク
22...水素ガス供給配管
23...減圧弁
24...手動バルブ
25...シャットバルブ
26...水素補給配管
27,28...逆止弁
29...手動バルブ
30...余剰配管部
40...モータ
45...ブロア
50...制御ユニット
55...アクセル開度センサ
60...車軸
65...車輪
70...ダクト
80...ファン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
高圧状態の水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵手段と、
前記水素ガスを減圧する減圧手段と、
前記減圧手段により減圧された水素ガスを、前記水素消費機器に供給する水素ガス供給配管とを備え、
前記水素ガス供給配管は、その一部を屈曲して形成した余剰配管部を有しており、前記減圧手段から前記水素消費機器までの配管に必要な経路長よりも長い配管長とした
水素ガス供給システム。 A hydrogen gas supply system that supplies the hydrogen gas to a hydrogen consuming device that consumes hydrogen gas,
Hydrogen gas storage means for storing high-pressure hydrogen gas;
Decompression means for decompressing the hydrogen gas;
A hydrogen gas supply pipe for supplying the hydrogen gas decompressed by the decompression means to the hydrogen consuming equipment,
The hydrogen gas supply pipe has a surplus pipe part formed by bending a part thereof, and has a pipe length longer than the path length necessary for the pipe from the decompression means to the hydrogen consuming equipment. Supply system.
前記余剰配管部は、前記水素ガス供給配管の一部が、蛇行状または螺旋状または渦巻状に屈曲されることにより形成されている
水素ガス供給システム。 The hydrogen gas supply system according to claim 1,
The surplus pipe part is formed by bending a part of the hydrogen gas supply pipe in a meandering shape, a spiral shape, or a spiral shape.
前記水素消費機器は、水素ガスを燃料とする内燃機関または燃料電池である
水素ガス供給システム。 The hydrogen gas supply system according to claim 1 or 2,
The hydrogen consuming device is an internal combustion engine or a fuel cell using hydrogen gas as a fuel.
前記余剰配管部は、走行風があたる位置に配置されている
移動体。 The moving body according to claim 4,
The surplus piping part is arranged at a position where the traveling wind hits.
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JP2004337732A JP2006144962A (en) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | Hydrogen gas supply system and moving body equipped therewith |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015055269A (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 住友精密工業株式会社 | Submerged combustion type vaporization device |
DE102018215447B3 (en) | 2018-09-11 | 2019-10-24 | Audi Ag | Storage arrangement for a vehicle for storing and dispensing a compressed gas and vehicle with such a memory arrangement |
-
2004
- 2004-11-22 JP JP2004337732A patent/JP2006144962A/en not_active Withdrawn
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JP2015055269A (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 住友精密工業株式会社 | Submerged combustion type vaporization device |
DE102018215447B3 (en) | 2018-09-11 | 2019-10-24 | Audi Ag | Storage arrangement for a vehicle for storing and dispensing a compressed gas and vehicle with such a memory arrangement |
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