JP2006318810A - Fuel gas storage apparatus and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel gas storage apparatus and a method of storing fuel gas in which heat radiation of fuel gas is conducted without decreasing a capacity of a storage container which stores fuel gas and a temperature rise of fuel gas is controlled. <P>SOLUTION: In a fuel gas storage apparatus 4, hydrogen gas from a fuel gas station 2 is not made to flow direct into a high-pressure hydrogen storage container 12 but is to be stored in a small tank 18 temporarily, and heat radiation of the hydrogen gas in the small tank 18 is to be conducted and then the hydrogen gas is to be made to flow into the high-pressure hydrogen storage container 12. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料ガス貯蔵装置及び方法に関する。   The present invention relates to a fuel gas storage device and method.

従来、ガソリンスタンドに相当する水素ステーションから燃料電池車両に水素を充填すると、水素ガスを貯蔵する高圧ガス貯蔵容器内で水素ガスの温度が上昇してしまうことが知られている。   Conventionally, it is known that when a fuel cell vehicle is filled with hydrogen from a hydrogen station corresponding to a gasoline station, the temperature of the hydrogen gas rises in a high-pressure gas storage container that stores hydrogen gas.

そこで、内部に熱交換フィンを設け、この熱交換フィンにより放熱を行うことで充填時の水素ガスの温度上昇を抑制する高圧ガス貯蔵容器が知られている(例えば特許文献1参照)。また、充填時の水素ガスの流量を可変とすることで、高圧ガス貯蔵容器内の水素ガスの温度上昇を抑制する水素の充填方法が知られている(例えば特許文献2参照)。
特開2002−181295号公報 特開2001−355795号公報
Therefore, a high-pressure gas storage container is known in which a heat exchange fin is provided inside and heat dissipation is performed by the heat exchange fin to suppress the temperature rise of hydrogen gas during filling (see, for example, Patent Document 1). Further, a hydrogen filling method is known in which the flow rate of hydrogen gas at the time of filling is made variable to suppress the temperature rise of the hydrogen gas in the high-pressure gas storage container (see, for example, Patent Document 2).
JP 2002-181295 A JP 2001-355595 A

しかし、特許文献1に記載の高圧ガス貯蔵容器では、容器内部に熱交換フィンを設けているので、容器の内容積が減少し充填容量が減少してしまう。また、特許文献1に記載の高圧ガス貯蔵容器は、FRP(繊維強化プラスチック)で覆われているため放熱を行いにくい。また、特許文献2に記載の充填方法では、水素ガス自体の熱量を減少させているわけでなく、温度上昇の抑制方法として有効とは言い難い。   However, in the high-pressure gas storage container described in Patent Document 1, since the heat exchange fins are provided inside the container, the internal volume of the container decreases and the filling capacity decreases. Moreover, since the high-pressure gas storage container described in Patent Document 1 is covered with FRP (fiber reinforced plastic), it is difficult to dissipate heat. In addition, the filling method described in Patent Document 2 does not reduce the amount of heat of the hydrogen gas itself, and is not effective as a method for suppressing temperature rise.

なお、これら問題は、高圧ガス貯蔵容器に水素ガスを充填する場合に限らず、高圧ガス貯蔵容器へのガス充填の際にジュールトムソン効果によって温度上昇してしまう他の燃料ガスを充填する場合にも同様に生じる問題である。   These problems are not limited to filling hydrogen gas into a high-pressure gas storage container, but also when filling other fuel gas that rises in temperature due to the Joule-Thompson effect when filling the high-pressure gas storage container. Is a similar problem.

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器の容積を減少させることなく燃料ガスの放熱を行って、燃料ガスの温度上昇を抑制することが可能な燃料ガス貯蔵装置及び方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to dissipate the fuel gas without reducing the volume of the storage container for storing the fuel gas, and An object of the present invention is to provide a fuel gas storage device and method capable of suppressing a temperature rise of gas.

本発明の燃料ガス貯蔵装置は、燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池車両に燃料ガスを貯蔵しておくものであって、第1タンクと、供給配管と、第2タンクとを備えている。第1タンクは燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵しておくものであり、供給配管は外部から供給される燃料ガスを第1タンクに導くものである。第2タンクは、供給配管上に設けられ、外部から供給される燃料ガスが第1タンクに至るまでに燃料ガスを一時的に貯蔵して放熱を行うものである。   A fuel gas storage device of the present invention stores fuel gas in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power using fuel gas, and includes a first tank, a supply pipe, With a tank. The first tank stores fuel gas supplied to the fuel cell, and the supply pipe leads fuel gas supplied from the outside to the first tank. The second tank is provided on the supply pipe, and temporarily stores the fuel gas before the fuel gas supplied from the outside reaches the first tank to radiate heat.

本発明によれば、外部から供給される燃料ガスが第1タンクに至るまでに燃料ガスを一時的に貯蔵して放熱を行う第2タンクを備えるので、燃料ガスは放熱されたうえで第1タンクに貯蔵されることとなる。このため、第1タンク内に熱交換部材を設けるなくとも燃料ガスの放熱が行えることとなり、熱交換部材により容器の内容積が減少して充填容量が減少してしまうことがない。また、第1タンクは放熱を行い難い構成であっても放熱に支障はない。さらに、燃料ガス自体の熱量を減少させるので、有効に温度上昇の抑制することなる。従って、燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器の容積を減少させることなく燃料ガスの放熱を行って、燃料ガスの温度上昇を抑制することができる。   According to the present invention, since the fuel gas supplied from the outside is provided with the second tank for temporarily storing the fuel gas before it reaches the first tank and dissipating heat, the fuel gas is radiated and the first gas is discharged. It will be stored in the tank. For this reason, fuel gas can be dissipated without providing a heat exchange member in the first tank, and the internal volume of the container is not reduced by the heat exchange member and the filling capacity is not reduced. Further, even if the first tank has a configuration in which it is difficult to dissipate heat, there is no problem in heat dissipation. Further, since the amount of heat of the fuel gas itself is reduced, the temperature rise is effectively suppressed. Therefore, it is possible to radiate the fuel gas without reducing the volume of the storage container for storing the fuel gas, thereby suppressing the temperature rise of the fuel gas.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料ガス貯蔵装置を含む燃料ガス充填システムの構成図である。燃料ガス充填システム1は、ガソリンスタンドに相当する燃料ガスステーション2と、燃料電池車両3に燃料ガスを貯蔵しておく燃料ガス貯蔵装置4とからなっている。   FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel gas filling system including a fuel gas storage device according to an embodiment of the present invention. The fuel gas filling system 1 includes a fuel gas station 2 corresponding to a gasoline station, and a fuel gas storage device 4 that stores fuel gas in a fuel cell vehicle 3.

燃料ガスステーション2は、燃料電池車両3の走行に必要となる燃料ガスを、燃料電池車両3に供給するものである。ここで、燃料ガスとしては水素ガスが該当し、燃料ガスステーション2は燃料ガス貯蔵装置4に水素ガスを充填するようになっている。   The fuel gas station 2 supplies the fuel cell vehicle 3 with fuel gas necessary for traveling of the fuel cell vehicle 3. Here, hydrogen gas corresponds to the fuel gas, and the fuel gas station 2 fills the fuel gas storage device 4 with hydrogen gas.

燃料ガス貯蔵装置4は、同図に示すように、燃料電池10と、高圧水素貯蔵容器(第1タンク)12と、第1配管14と、第2配管(供給配管)16と、小型タンク(第2タンク)18と、圧力センサ20と、第1制御弁22と、第2制御弁24とを備えている。   As shown in the figure, the fuel gas storage device 4 includes a fuel cell 10, a high-pressure hydrogen storage container (first tank) 12, a first pipe 14, a second pipe (supply pipe) 16, a small tank ( A second tank) 18, a pressure sensor 20, a first control valve 22, and a second control valve 24.

燃料電池10は、水素ガスを利用して発電を行うものであり、発電電力を図示しないモータに供給して燃料電池車両3の駆動力を発生させるものである。高圧水素貯蔵容器12は、燃料電池10に供給する水素ガスを貯蔵しておくものであり、容器内の水素ガスの圧力が最大充填時の圧力である最高使用圧力になるまで燃料ガスステーション2からの水素ガスを受け入れて貯蔵するようになっている。   The fuel cell 10 generates power using hydrogen gas, and supplies the generated power to a motor (not shown) to generate the driving force of the fuel cell vehicle 3. The high-pressure hydrogen storage container 12 stores hydrogen gas to be supplied to the fuel cell 10, and from the fuel gas station 2 until the pressure of the hydrogen gas in the container reaches the maximum operating pressure that is the pressure at the time of maximum filling. It is designed to accept and store hydrogen gas.

また、高圧水素貯蔵容器12と燃料電池10とは第1配管14により接続されている。この第1配管14には一般的に圧力調整弁(図示せず)が設けられており、高圧水素貯蔵容器12内の水素ガスは、圧力調整弁の開度に応じて燃料電池10に供給されるようになっている。   The high-pressure hydrogen storage container 12 and the fuel cell 10 are connected by a first pipe 14. The first pipe 14 is generally provided with a pressure regulating valve (not shown), and the hydrogen gas in the high-pressure hydrogen storage container 12 is supplied to the fuel cell 10 according to the opening of the pressure regulating valve. It has become so.

第2配管16は、外部から供給される水素ガスを高圧水素貯蔵容器12に導くものである。従って、燃料ガスステーション2から供給される水素ガスは、この配管16を通って高圧水素貯蔵容器12に充填されることとなる。また、第2配管16上には、小型タンク18が設けられている。小型タンク18は、外部から供給される水素ガスが高圧水素貯蔵容器12に至るまでに水素ガスを一時的に貯蔵して放熱を行うものである。この小型タンク18は、高圧水素貯蔵容器12よりも小型で耐圧性能が高められており、内部及び外部に熱交換フィン(熱交換部材)が設けられている。   The second pipe 16 guides hydrogen gas supplied from the outside to the high-pressure hydrogen storage container 12. Accordingly, the hydrogen gas supplied from the fuel gas station 2 is filled into the high-pressure hydrogen storage container 12 through the pipe 16. A small tank 18 is provided on the second pipe 16. The small tank 18 temporarily stores the hydrogen gas before the hydrogen gas supplied from the outside reaches the high-pressure hydrogen storage container 12 to radiate heat. The small tank 18 is smaller than the high-pressure hydrogen storage container 12 and has higher pressure resistance, and heat exchange fins (heat exchange members) are provided inside and outside.

このように構成されるため、燃料ガスステーション2から供給される水素ガスは、一時的に小型タンク18に蓄えられて放熱され、その後、高圧水素貯蔵容器12に至ることとなる。   Due to such a configuration, the hydrogen gas supplied from the fuel gas station 2 is temporarily stored in the small tank 18 for heat dissipation, and then reaches the high-pressure hydrogen storage container 12.

圧力センサ20は、小型タンク18内の燃料ガスの圧力を検出するものである。第1制御弁22は、高圧水素貯蔵容器12から小型タンク18までの第2配管16上に設けられ、第2配管16の流路を開放したり遮断したりするものである。第2制御弁24は、外部から小型タンク18までの第2配管16上に設けられて、該配管16の流路を開放又は遮断するものである。これら第1制御弁22及び第2制御弁24は、圧力センサ20により検出された圧力に応じて流路を開放又は遮断するようになっている。   The pressure sensor 20 detects the pressure of the fuel gas in the small tank 18. The first control valve 22 is provided on the second pipe 16 from the high-pressure hydrogen storage container 12 to the small tank 18, and opens or shuts off the flow path of the second pipe 16. The second control valve 24 is provided on the second pipe 16 from the outside to the small tank 18 and opens or shuts off the flow path of the pipe 16. The first control valve 22 and the second control valve 24 are configured to open or block the flow path according to the pressure detected by the pressure sensor 20.

さらに、上記燃料ガス貯蔵装置4は、第3配管26、排純水タンク28、ポンプ30、エアコン32及び第4配管34を備えている。第3配管26は燃料電池10から小型タンク18の近傍まで伸びており、第3配管26上には排純水タンク28とポンプ30とが設けられている。排純水タンク28は、燃料電池10の発電反応により生じた反応生成水を蓄えておくタンクである。ポンプ30は、排純水タンク28内の生成水を第3配管26を通して小型タンク18に吹き付けるためのものである。   Further, the fuel gas storage device 4 includes a third pipe 26, an exhaust pure water tank 28, a pump 30, an air conditioner 32, and a fourth pipe 34. The third pipe 26 extends from the fuel cell 10 to the vicinity of the small tank 18, and an exhaust pure water tank 28 and a pump 30 are provided on the third pipe 26. The exhaust pure water tank 28 is a tank that stores reaction product water generated by the power generation reaction of the fuel cell 10. The pump 30 is for blowing the generated water in the waste pure water tank 28 to the small tank 18 through the third pipe 26.

エアコン32は、燃料電池車両3の車室内温度を調節するためのものであり、第4配管34は、エアコン32から小型タンク18の近傍まで伸びており、エアコン32により冷却された空気を小型タンク18近傍に導くための配管である。   The air conditioner 32 is for adjusting the temperature in the passenger compartment of the fuel cell vehicle 3, and the fourth pipe 34 extends from the air conditioner 32 to the vicinity of the small tank 18. 18 is a pipe that leads to the vicinity of 18.

次に、燃料ガス貯蔵装置4の燃料ガス貯蔵方法の概略を、図2を参照して説明する。図2は、本実施形態に係る燃料ガス貯蔵方法の概略を示す説明図であり、(a)は第1制御弁22の開閉の様子を示し、(b)は第2制御弁24の開閉の様子を示し、(c)は高圧水素貯蔵容器12及び小型タンク18内の水素ガスの圧力を示している。   Next, the outline of the fuel gas storage method of the fuel gas storage device 4 will be described with reference to FIG. 2A and 2B are explanatory views showing an outline of the fuel gas storage method according to the present embodiment. FIG. 2A shows how the first control valve 22 is opened and closed, and FIG. 2B shows how the second control valve 24 is opened and closed. (C) shows the pressure of the hydrogen gas in the high-pressure hydrogen storage container 12 and the small tank 18.

まず、図2(a)及び(b)に示すように、第1制御弁22及び第2制御弁24の双方が開状態となっており、燃料ガスステーション2から水素ガスの供給が開始したとすると、圧力センサ20により検出される圧力が高まる。そして、第1制御弁22は、圧力センサ20により検出された圧力が上昇している場合に閉状態となり流路を遮断する(時刻t1)。   First, as shown in FIGS. 2A and 2B, both the first control valve 22 and the second control valve 24 are open, and the supply of hydrogen gas from the fuel gas station 2 is started. Then, the pressure detected by the pressure sensor 20 increases. And the 1st control valve 22 will be in a closed state, when the pressure detected by the pressure sensor 20 is rising, and will interrupt | block a flow path (time t1).

また、流路を遮断したことにより、小型タンク18の圧力は一層急速に高まっていく。さらに、この圧力上昇により小型タンク18に一時的に貯蔵される水素ガスは、温度上昇して高圧水素貯蔵容器12内の水素ガスの温度よりも高くなる。小型タンク18内の水素ガスの温度が高まると、水素ガスは外気温度との差が大きくなり、自然的に放熱されることとなる。さらに、水素ガスは、小型タンク18内外の放熱フィンによって放熱が促進される。   In addition, the pressure in the small tank 18 increases more rapidly by blocking the flow path. Furthermore, the hydrogen gas temporarily stored in the small tank 18 due to this pressure increase rises in temperature and becomes higher than the temperature of the hydrogen gas in the high-pressure hydrogen storage container 12. When the temperature of the hydrogen gas in the small tank 18 increases, the difference between the hydrogen gas and the outside air temperature increases, and the heat is naturally radiated. Further, the heat radiation of the hydrogen gas is promoted by the heat radiation fins inside and outside the small tank 18.

さらに、小型タンク18の圧力が上昇しているときには、燃料電池10から排出される水が小型タンク18に吹き付けられ、且つ燃料電池車両3のエアコン32により冷却された空気が小型タンク18に吹き付けられる。故に、一層放熱が行われることとなる。   Further, when the pressure of the small tank 18 is rising, water discharged from the fuel cell 10 is blown to the small tank 18, and air cooled by the air conditioner 32 of the fuel cell vehicle 3 is blown to the small tank 18. . Therefore, further heat dissipation is performed.

そして、小型タンク18内の水素圧力の値が、最高使用圧力未満に設定された第1圧力値に到達する(時刻t2)。このとき、第1制御弁22は開状態となり流路を開放する。すなわち、第1制御弁22は、圧力センサ20により検出された圧力が最高使用圧力に到達するまえに、流路を開放することとなる。また、時刻t2において第2制御弁24は閉状態となり流路を遮断する。よって、時刻t2では、新たな水素ガスが供給されない状態となり、且つ小型タンク18内の水素ガスは高圧水素貯蔵容器12に充填されることとなる。また、小型タンク18の圧力が減少しているときには、燃料電池10から排出される水の吹き付け、及び冷却された空気の吹き付けが停止される。   Then, the value of the hydrogen pressure in the small tank 18 reaches the first pressure value set below the maximum operating pressure (time t2). At this time, the 1st control valve 22 will be in an open state, and will open a flow path. That is, the first control valve 22 opens the flow path before the pressure detected by the pressure sensor 20 reaches the maximum operating pressure. At time t2, the second control valve 24 is closed and the flow path is shut off. Therefore, at time t2, new hydrogen gas is not supplied, and the hydrogen gas in the small tank 18 is filled in the high-pressure hydrogen storage container 12. When the pressure in the small tank 18 is decreasing, the spraying of water discharged from the fuel cell 10 and the spraying of cooled air are stopped.

その後、小型タンク18内の水素ガスが高圧水素貯蔵容器12に充填されて、小型タンク18と高圧水素貯蔵容器12との水素ガスの圧力が等しくなる。すなわち、圧力センサ20により検出される圧力は一定を保つこととなる(時刻t3)。このとき、第1制御弁22は閉状態となって流路を遮断し、第2制御弁24は開状態となって流路を開放する。すなわち、第1制御弁22は、流路を開放してから圧力センサ20により検出された圧力が一定を保つまでは流路の開放を維持することとなる。さらに、圧力が一定を保つ段階では、排純水の吹き付け及び冷却空気の吹き付けは停止されているが、上記弁22,24の動作により小型タンク18に新たな水素ガスが供給されて圧力センサ20の検出圧力が上昇していくため、排純水の吹き付け及び冷却空気の吹き付けは再開される。   Thereafter, the hydrogen gas in the small tank 18 is filled into the high-pressure hydrogen storage container 12, and the hydrogen gas pressures in the small tank 18 and the high-pressure hydrogen storage container 12 become equal. That is, the pressure detected by the pressure sensor 20 remains constant (time t3). At this time, the first control valve 22 is closed to block the flow path, and the second control valve 24 is opened to open the flow path. That is, the first control valve 22 keeps the flow path open until the pressure detected by the pressure sensor 20 remains constant after the flow path is opened. Further, in the stage where the pressure is kept constant, the spraying of the pure water and the cooling air are stopped, but the operation of the valves 22 and 24 supplies new hydrogen gas to the small tank 18 and the pressure sensor 20. Since the detected pressure increases, the spraying of the purified water and the cooling air are resumed.

その後、燃料ガス貯蔵装置4は、上記した時刻t1〜t3までの動作を繰り返していく。そして、圧力センサ20により検出された圧力が一定を保ち、その圧力値が第1圧力値未満の圧力値である第2圧力値以上である場合、第1及び第2制御弁22,24は双方とも開状態となり、流路を開放する(時刻t4)。すなわち、一定を保つときの圧力が第2圧力値以上である場合、水素ガスは小型タンク18に一時貯蔵されず直接に高圧水素貯蔵容器12に送り込まれることとなる。このため、放熱が殆ど行われず水素ガスの温度上昇の影響が考えられるが、圧力値が第2圧力値以上であるため、温度上昇の影響は少なく充填完了までの時間が短縮されることとなる。   Thereafter, the fuel gas storage device 4 repeats the operation from time t1 to t3 described above. When the pressure detected by the pressure sensor 20 remains constant and the pressure value is equal to or higher than the second pressure value, which is a pressure value less than the first pressure value, both the first and second control valves 22 and 24 are Both are opened and the flow path is opened (time t4). That is, when the pressure at the time of keeping constant is equal to or higher than the second pressure value, the hydrogen gas is directly stored in the high pressure hydrogen storage container 12 without being temporarily stored in the small tank 18. For this reason, the heat release is hardly performed and the influence of the temperature rise of the hydrogen gas is considered, but since the pressure value is equal to or higher than the second pressure value, the influence of the temperature rise is small and the time until the completion of filling is shortened. .

そして、圧力センサ20により検出される圧力の値が最高使用圧力に到達すると、燃料ガスステーション2からの水素ガスの供給が終了し、高圧水素貯蔵容器12への水素ガスの充填が終了することとなる。   When the pressure value detected by the pressure sensor 20 reaches the maximum operating pressure, the supply of the hydrogen gas from the fuel gas station 2 is finished, and the filling of the hydrogen gas into the high-pressure hydrogen storage container 12 is finished. Become.

次に、本実施形態に係る燃料ガス貯蔵方法の詳細を、図3を参照して説明する。図3は、本実施形態に係る燃料ガス貯蔵装置4の動作を示すフローチャートである。なお、図3に示すフローチャートでは、制御部(図示せず)が各処理を実行し、第1及び第2制御弁24の開閉などを行うものとする。また、図3の開始時点において第1制御弁22及び第2制御弁24の双方が開状態となっているとする。   Next, details of the fuel gas storage method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the fuel gas storage device 4 according to this embodiment. In the flowchart shown in FIG. 3, a control unit (not shown) executes each process, and opens and closes the first and second control valves 24. Further, it is assumed that both the first control valve 22 and the second control valve 24 are in the open state at the start point of FIG.

まず、圧力センサ20の検出圧力が上昇しているか否かが判断される(ST1)。ここで、燃料ガスステーション2から水素ガスの供給が開始された場合、圧力センサ20の検出圧力が上昇するため(ST1:YES)、処理はステップST2に移行する。他方、圧力センサ20の検出圧力が上昇しない場合(ST1:NO)、上昇したと判断されるまで、この処理が繰り返されることとなる。   First, it is determined whether or not the pressure detected by the pressure sensor 20 is increasing (ST1). Here, when the supply of hydrogen gas from the fuel gas station 2 is started, the pressure detected by the pressure sensor 20 increases (ST1: YES), so the process moves to step ST2. On the other hand, when the detected pressure of the pressure sensor 20 does not increase (ST1: NO), this process is repeated until it is determined that the pressure has increased.

ステップST2において、第1制御弁22は、図2の時刻t1でも示したように、閉状態となり流路を遮断する(ST2)。これにより、水素ガスが小型タンク18に一時貯蔵され放熱が行われる。また、第1制御弁22が閉状態となった後、燃料電池10から排出される水が小型タンク18に吹き付けられ、且つ燃料電池車両3のエアコン32により冷却された空気が小型タンク18に吹き付けられる(ST3)。   In step ST2, the first control valve 22 is closed as shown at time t1 in FIG. 2 to block the flow path (ST2). As a result, the hydrogen gas is temporarily stored in the small tank 18 to dissipate heat. In addition, after the first control valve 22 is closed, water discharged from the fuel cell 10 is sprayed onto the small tank 18 and air cooled by the air conditioner 32 of the fuel cell vehicle 3 is sprayed onto the small tank 18. (ST3).

次いで、圧力センサ20の検出圧力の値が第1圧力値に達したか否かが判断される(ST4)。検出圧力の値が第1圧力値に達していないと判断された場合(ST4:NO)、第1圧力値に達したと判断されるまで、この処理が繰り返される。検出圧力の値が第1圧力値に達したと判断した場合(ST4:YES)、図2の時刻t2にも示したように、第1制御弁22は開状態となり、第2制御弁は閉状態となる(ST5)。そして、排純水及び冷却空気の吹き付けが停止される(ST6)。   Next, it is determined whether or not the detected pressure value of the pressure sensor 20 has reached the first pressure value (ST4). When it is determined that the detected pressure value has not reached the first pressure value (ST4: NO), this process is repeated until it is determined that the first pressure value has been reached. When it is determined that the value of the detected pressure has reached the first pressure value (ST4: YES), the first control valve 22 is opened and the second control valve is closed as shown at time t2 in FIG. A state is entered (ST5). Then, the spraying of the exhaust pure water and the cooling air is stopped (ST6).

次に、圧力センサ20の検出圧力は一定であるか否かが判断される(ST7)。ここで、一定でないと判断された場合(ST7:NO)、一定であると判断されるまで、この処理が繰り返される。一方、一定であると判断された場合(ST7:YES)、その一定となる圧力値は第2圧力値以上であるか否かが判断される(ST8)。   Next, it is determined whether or not the detected pressure of the pressure sensor 20 is constant (ST7). Here, when it is determined that it is not constant (ST7: NO), this process is repeated until it is determined that it is constant. On the other hand, when it is determined that the pressure is constant (ST7: YES), it is determined whether or not the pressure value that is constant is equal to or greater than the second pressure value (ST8).

一定となる圧力値が第2圧力値以上でないと判断された場合(ST8:NO)、図2の時刻t3にも示したように、第1制御弁22は閉状態となり、第2制御弁は開状態となる(ST9)。そして、処理はステップST3に戻る。逆に、一定となる圧力値が第2圧力値以上であると判断された場合(ST8:NO)、第2制御弁24は開状態となる(ST10)。これにより、図2の時刻t4にも示すように、第1及び第2制御弁22,24は双方とも開状態となる。   When it is determined that the constant pressure value is not equal to or higher than the second pressure value (ST8: NO), as shown at time t3 in FIG. 2, the first control valve 22 is closed and the second control valve is It will be in an open state (ST9). Then, the process returns to step ST3. Conversely, when it is determined that the constant pressure value is equal to or greater than the second pressure value (ST8: NO), the second control valve 24 is opened (ST10). Thereby, as shown also at the time t4 of FIG. 2, both the 1st and 2nd control valves 22 and 24 will be in an open state.

次に、圧力センサ20の検出圧力の値が最高使用圧力であるか否かが判断される(ST11)。検出圧力の値が最高使用圧力でないと判断された場合(ST11:NO)、圧力センサ20の検出圧力の値が最高使用圧力であると判断されるまで、この処理が繰り返される。一方、圧力センサ20の検出圧力の値が最高使用圧力であると判断された場合(ST11:YES)、燃料ガス貯蔵装置4による水素ガスの充填動作は終了することとなる。   Next, it is determined whether or not the detected pressure value of the pressure sensor 20 is the maximum operating pressure (ST11). When it is determined that the detected pressure value is not the maximum operating pressure (ST11: NO), this process is repeated until it is determined that the detected pressure value of the pressure sensor 20 is the maximum operating pressure. On the other hand, when it is determined that the value of the pressure detected by the pressure sensor 20 is the maximum operating pressure (ST11: YES), the hydrogen gas filling operation by the fuel gas storage device 4 ends.

このようにして、本実施形態に係る燃料ガス貯蔵装置4及び方法によれば、外部から供給される水素ガスが高圧水素貯蔵容器12に至るまでに水素ガスを一時的に貯蔵して放熱を行う小型タンク18を備えるので、水素ガスは放熱されたうえで高圧水素貯蔵容器12に貯蔵されることとなる。このため、高圧水素貯蔵容器12内に熱交換部材を設けるなくとも水素ガスの放熱が行えることとなり、熱交換部材により容器の内容積が減少して充填容量が減少してしまうことがない。また、高圧水素貯蔵容器12は放熱を行い難い構成であっても放熱に支障はない。さらに、水素ガス自体の熱量を減少させるので、有効に温度上昇の抑制することなる。従って、水素ガスを貯蔵する貯蔵容器12の容積を減少させることなく水素ガスの放熱を行って、水素ガスの温度上昇を抑制することができる。   Thus, according to the fuel gas storage device 4 and the method according to the present embodiment, the hydrogen gas supplied from the outside temporarily stores the hydrogen gas until it reaches the high-pressure hydrogen storage container 12 to dissipate heat. Since the small tank 18 is provided, the hydrogen gas is radiated and stored in the high-pressure hydrogen storage container 12. For this reason, hydrogen gas can be dissipated without providing a heat exchange member in the high-pressure hydrogen storage container 12, and the internal volume of the container is not reduced by the heat exchange member and the filling capacity is not reduced. Moreover, even if the high-pressure hydrogen storage container 12 has a configuration in which it is difficult to perform heat dissipation, there is no problem in heat dissipation. Further, since the amount of heat of the hydrogen gas itself is reduced, the temperature rise is effectively suppressed. Therefore, the heat release of the hydrogen gas can be performed without reducing the volume of the storage container 12 that stores the hydrogen gas, and the temperature rise of the hydrogen gas can be suppressed.

また、小型タンク18は、高圧水素貯蔵容器12よりも小型であって且つ耐圧性能が高められた構造とされている。このため、小型タンク18内の水素ガスを圧力を早めに上昇させることができ、小型タンク18内の水素ガスの温度と外気温度との差が大きくなり、放熱を効率的に行うことができる。   The small tank 18 is smaller than the high-pressure hydrogen storage container 12 and has a structure with improved pressure resistance. For this reason, the pressure of the hydrogen gas in the small tank 18 can be raised early, the difference between the temperature of the hydrogen gas in the small tank 18 and the outside air temperature is increased, and heat can be efficiently radiated.

また、小型タンク18は、熱交換機能を有する熱交換フィンを有しているため、一層放熱を効率的に行うことができる。   Moreover, since the small tank 18 has the heat exchange fin which has a heat exchange function, it can perform heat dissipation more efficiently.

また、小型タンク18に一時的に貯蔵される水素ガスの温度を、高圧水素貯蔵容器12に貯蔵される水素ガスの温度よりも高くするため、小型タンク18内の水素ガスの温度と外気温度との差が大きくなり、放熱を効率的に行うことができる。   Further, in order to make the temperature of the hydrogen gas temporarily stored in the small tank 18 higher than the temperature of the hydrogen gas stored in the high-pressure hydrogen storage container 12, the temperature of the hydrogen gas and the outside air temperature in the small tank 18 are The difference between the two becomes large, and heat can be efficiently dissipated.

また、第1制御弁22が圧力センサ20により検出された圧力に応じて流路を開放又は遮断するので、適切に放熱された水素ガスを自動的に高圧水素貯蔵容器12に充填することができる。   In addition, since the first control valve 22 opens or shuts off the flow path according to the pressure detected by the pressure sensor 20, it is possible to automatically fill the high-pressure hydrogen storage container 12 with appropriately radiated hydrogen gas. .

また、第1制御弁22は、圧力センサ20により検出された圧力が高圧水素貯蔵容器12の最大充填時の圧力である最高使用圧力に到達するまえに、流路を開放するようになっている。ここで、ガソリンスタンドに相当する燃料ガスステーション2は燃料電池車両側の水素ガスの圧力が最高使用圧力に到達すると、水素ガスの供給を停止するようになっている。このため、小型タンク18内の圧力が最高使用圧力に到達するまで第1制御弁22を開けると、燃料ガスステーション2の水素ガスの供給を停止させることなく、連続的に水素ガス供給を行えることとなり、水素ガスの充填完了を早めることができる。なお、この場合、図2(b)に示すように、第2制御弁24を完全に閉じることなく、絞る程度にしておくとよい。   The first control valve 22 opens the flow path before the pressure detected by the pressure sensor 20 reaches the maximum operating pressure that is the pressure at the time of maximum filling of the high-pressure hydrogen storage container 12. . Here, the fuel gas station 2 corresponding to the gasoline station stops the supply of the hydrogen gas when the pressure of the hydrogen gas on the fuel cell vehicle side reaches the maximum operating pressure. For this reason, if the first control valve 22 is opened until the pressure in the small tank 18 reaches the maximum operating pressure, the hydrogen gas can be continuously supplied without stopping the supply of the hydrogen gas from the fuel gas station 2. Thus, the completion of hydrogen gas filling can be accelerated. In this case, as shown in FIG. 2B, the second control valve 24 may be throttled without being completely closed.

また、第1制御弁22は、圧力センサ20により検出された圧力が上昇している場合に流路を遮断することとなっている。このため、外部から水素ガスが供給されて内圧が高まると第1制御弁22が閉じられることとなる。よって、放熱をされていない水素ガスは高圧水素貯蔵容器12に到達しないこととなる。また、流路を開放してから圧力センサ20により検出された圧力が一定を保つまでは流路の開放を維持する。このため、一端流路が開けられると水素ガスが高圧水素貯蔵容器12に行き渡って圧力が一定となるまで第1制御弁22が開けられることとなる。よって、確実に水素ガスを高圧水素貯蔵容器12に充填することができる。従って、放熱を行って温度上昇を抑制しつつも適切に充填を行うことができる。   Moreover, the 1st control valve 22 will interrupt | block a flow path, when the pressure detected by the pressure sensor 20 is rising. For this reason, when hydrogen gas is supplied from the outside and the internal pressure increases, the first control valve 22 is closed. Therefore, the hydrogen gas that has not been dissipated does not reach the high-pressure hydrogen storage container 12. Further, the opening of the flow path is maintained until the pressure detected by the pressure sensor 20 is kept constant after the flow path is opened. For this reason, when the one-end flow path is opened, the first control valve 22 is opened until the hydrogen gas reaches the high-pressure hydrogen storage container 12 and the pressure becomes constant. Therefore, the high-pressure hydrogen storage container 12 can be reliably filled with hydrogen gas. Therefore, it is possible to appropriately perform filling while suppressing the temperature rise by performing heat radiation.

また、圧力センサ20により検出された圧力が上昇している場合に燃料電池車両3のエアコン32により冷却された空気を小型タンク18に吹き付けることとしている。このため、小型タンク18内に水素ガスを封入して放熱を行うべきときに冷却空気が小型タンク18に吹き付けられて一層放熱を行うことができる。また、圧力センサ20により検出された圧力が一定を保つ又は減少する場合に燃料電池車両3のエアコン32により冷却された空気の小型タンク18への吹き付けを停止することとしている。このため、小型タンク18内の水素ガスを高圧水素貯蔵容器12に送る段階という放熱の必要性が少ないときに冷却空気の吹き付けを停止するようになっている。従って、放熱のサポートを行いつつも、そのサポートを効率的に行うことができる。   In addition, when the pressure detected by the pressure sensor 20 is rising, the air cooled by the air conditioner 32 of the fuel cell vehicle 3 is blown onto the small tank 18. For this reason, when hydrogen gas should be enclosed in the small tank 18 and heat radiation should be performed, the cooling air is blown to the small tank 18 and further heat radiation can be performed. In addition, when the pressure detected by the pressure sensor 20 is kept constant or decreases, the blowing of the air cooled by the air conditioner 32 of the fuel cell vehicle 3 to the small tank 18 is stopped. For this reason, the blowing of the cooling air is stopped when there is little need for heat dissipation, that is, the stage of sending the hydrogen gas in the small tank 18 to the high-pressure hydrogen storage container 12. Therefore, the support can be performed efficiently while supporting the heat dissipation.

また、圧力センサ20により検出された圧力が上昇している場合に燃料電池10から排出される水を小型タンク18に吹き付けることとしている。このため、小型タンク18内に水素ガスを封入して放熱を行うべきときに水が小型タンク18に吹き付けられて一層放熱を行うことができる。また、圧力センサ20により検出された圧力が一定を保つ又は減少する場合に燃料電池10から排出される水の小型タンク18への吹き付けを停止することとしている。このため、小型タンク18内の水素ガスを高圧水素貯蔵容器12に送る段階という放熱の必要性が少ないときに水の吹き付けを停止するようになっている。従って、放熱のサポートを行いつつも、そのサポートを効率的に行うことができる。   In addition, when the pressure detected by the pressure sensor 20 is rising, water discharged from the fuel cell 10 is sprayed onto the small tank 18. For this reason, when hydrogen gas should be enclosed in the small tank 18 and heat radiation should be performed, water can be sprayed onto the small tank 18 to further dissipate heat. In addition, when the pressure detected by the pressure sensor 20 remains constant or decreases, spraying of water discharged from the fuel cell 10 to the small tank 18 is stopped. For this reason, the spraying of water is stopped when there is little necessity for heat dissipation, ie, the stage of sending the hydrogen gas in the small tank 18 to the high-pressure hydrogen storage container 12. Therefore, the support can be efficiently performed while supporting the heat radiation.

また、圧力センサ20により検出された圧力が一定を保つときの圧力値が第1圧力値未満の圧力値である第2圧力値以上であるときに、第1制御弁22及び第2制御弁24は流路を開放することとしてる。すなわち、圧力が第2圧力値以上で一定となるときに、第1制御弁22及び第2制御弁24を開け、水素ガスを小型タンク18に一時貯蔵せず高圧水素貯蔵容器12へ直接に送り込むこととなる。このため、放熱が殆ど行われず水素ガスの温度上昇の影響が考えられるが、圧力値が第2圧力値以上であるため温度上昇の影響は少なく、充填完了までの時間を短縮することとなる。従って、温度上昇の影響を殆ど受けずに充填完了までの時間を短縮することができる。   When the pressure detected by the pressure sensor 20 is constant, the first control valve 22 and the second control valve 24 are equal to or greater than a second pressure value that is a pressure value less than the first pressure value. Is supposed to open the flow path. That is, when the pressure becomes constant at or above the second pressure value, the first control valve 22 and the second control valve 24 are opened, and the hydrogen gas is sent directly to the high-pressure hydrogen storage container 12 without being temporarily stored in the small tank 18. It will be. For this reason, the heat release is hardly performed and the influence of the temperature rise of the hydrogen gas can be considered, but since the pressure value is equal to or higher than the second pressure value, the influence of the temperature rise is small, and the time until the filling is completed is shortened. Therefore, it is possible to shorten the time until the filling is completed with almost no influence of the temperature rise.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態において水素ガスの例として水素ガスを挙げているが、これに限らず、ガス充填の際にジュールトムソン効果によって温度上昇してしまう他の水素ガスであってもよい。   As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified without departing from the gist of the present invention. For example, although hydrogen gas is mentioned as an example of hydrogen gas in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and other hydrogen gas that rises in temperature due to the Joule-Thompson effect during gas filling may be used.

また、本実施形態では、図3に示す処理が図示しない制御部によって実行されるが、これに限らず、同様の動作が機械的構成によって実行されるようになっていてもよい。さらに、本実施形態において、第2制御弁24を閉じる動作を行わず、第2制御弁24を絞る程度にしておくようにしてもよい。   In the present embodiment, the process shown in FIG. 3 is executed by a control unit (not shown). However, the present invention is not limited to this, and a similar operation may be executed by a mechanical configuration. Furthermore, in the present embodiment, the operation of closing the second control valve 24 may not be performed, and the second control valve 24 may be throttled.

本発明の実施形態に係る燃料ガス貯蔵装置を含む燃料ガス充填システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel gas filling system including a fuel gas storage device according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る燃料ガス貯蔵方法の概略を示す説明図であり、(a)は第1制御弁の開閉の様子を示し、(b)は第2制御弁の開閉の様子を示し、(c)は高圧水素貯蔵容器及び小型タンク内の水素ガスの圧力を示している。It is explanatory drawing which shows the outline of the fuel gas storage method which concerns on this embodiment, (a) shows the mode of opening and closing of a 1st control valve, (b) shows the mode of opening and closing of a 2nd control valve, (c ) Indicates the pressure of the hydrogen gas in the high-pressure hydrogen storage container and the small tank. 本実施形態に係る燃料ガス貯蔵装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel gas storage apparatus which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料ガス充填システム
2…燃料ガスステーション
3…燃料電池車両
4…燃料ガス貯蔵装置
10…燃料電池
12…高圧水素貯蔵容器(第1タンク)
14…第1配管
16…第2配管(供給配管)
18…小型タンク(第2タンク)
20…圧力センサ
22…第1制御弁
24…第2制御弁
26…第3配管
28…排純水タンク
30…ポンプ
32…エアコン
34…第4配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel gas filling system 2 ... Fuel gas station 3 ... Fuel cell vehicle 4 ... Fuel gas storage apparatus 10 ... Fuel cell 12 ... High pressure hydrogen storage container (1st tank)
14 ... 1st piping 16 ... 2nd piping (supply piping)
18 ... Small tank (second tank)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Pressure sensor 22 ... 1st control valve 24 ... 2nd control valve 26 ... 3rd piping 28 ... Waste pure water tank 30 ... Pump 32 ... Air conditioner 34 ... 4th piping

Claims (11)

燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池車両に燃料ガスを貯蔵しておく燃料ガス貯蔵装置であって、
該燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵しておく第1タンクと、
外部から供給される燃料ガスを前記第1タンクに導く供給配管と、
前記供給配管上に設けられ、外部から供給される燃料ガスが前記第1タンクに至るまでに燃料ガスを一時的に貯蔵して放熱を行う第2タンクと、
を備えること特徴とする燃料ガス貯蔵装置。
A fuel gas storage device that stores fuel gas in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power using fuel gas,
A first tank for storing fuel gas to be supplied to the fuel cell;
A supply pipe for guiding fuel gas supplied from the outside to the first tank;
A second tank that is provided on the supply pipe and that stores the fuel gas temporarily until the fuel gas supplied from the outside reaches the first tank;
A fuel gas storage device comprising:
前記第2タンクは、前記第1タンクよりも小型であって且つ耐圧性能が高められた構造とされていること特徴とする請求項1に記載の燃料ガス貯蔵装置。   2. The fuel gas storage device according to claim 1, wherein the second tank has a structure that is smaller than the first tank and has improved pressure resistance. 前記第2タンクは、熱交換機能を有する熱交換部材を有していることを特徴とする請求項2に記載の燃料ガス貯蔵装置。   The fuel gas storage device according to claim 2, wherein the second tank has a heat exchange member having a heat exchange function. 前記第2タンクに一時的に貯蔵される燃料ガスの温度を、前記第1タンクに貯蔵される燃料ガスの温度よりも高くすることを特徴とする請求項2に記載の燃料ガス貯蔵装置。   The fuel gas storage device according to claim 2, wherein the temperature of the fuel gas temporarily stored in the second tank is set higher than the temperature of the fuel gas stored in the first tank. 前記第2タンク内の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記第2タンクから前記第1タンクまでの供給配管上に設けられて、該配管の流路を開放又は遮断する第1制御弁と、をさらに備え、
前記第1制御弁は、前記圧力センサにより検出された圧力に応じて前記流路を開放又は遮断する
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の燃料ガス貯蔵装置。
A pressure sensor for detecting the pressure of the fuel gas in the second tank;
A first control valve provided on a supply pipe from the second tank to the first tank and opening or shutting off a flow path of the pipe;
The fuel gas storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first control valve opens or closes the flow path in accordance with a pressure detected by the pressure sensor. .
前記第1制御弁は、前記圧力センサにより検出された圧力が前記第1タンクの最大充填時の圧力である最高使用圧力に到達するまえに、前記流路を開放することを特徴とする請求項5に記載の燃料ガス貯蔵装置。   The first control valve opens the flow path before the pressure detected by the pressure sensor reaches a maximum operating pressure which is a pressure at the time of maximum filling of the first tank. 5. The fuel gas storage device according to 5. 前記第1制御弁は、前記圧力センサにより検出された圧力が上昇している場合に流路を遮断し、流路を開放してから前記圧力センサにより検出された圧力が一定を保つまでは流路の開放を維持することを特徴とする請求項6に記載の燃料ガス貯蔵装置。   The first control valve shuts off the flow path when the pressure detected by the pressure sensor is rising, and does not flow until the pressure detected by the pressure sensor remains constant after the flow path is opened. The fuel gas storage device according to claim 6, wherein the passage is maintained open. 前記圧力センサにより検出された圧力が上昇している場合に前記燃料電池車両のエアコンにより冷却された空気を前記第2タンクに吹き付け、前記圧力センサにより検出された圧力が一定を保つ又は減少する場合に前記燃料電池車両のエアコンにより冷却された空気の前記第2タンクへの吹き付けを停止することを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の燃料ガス貯蔵装置。   When the pressure detected by the pressure sensor is rising, the air cooled by the air conditioner of the fuel cell vehicle is blown to the second tank, and the pressure detected by the pressure sensor is kept constant or decreases. The fuel gas storage device according to any one of claims 5 to 7, wherein the air cooled to the second tank by the air conditioner of the fuel cell vehicle is stopped. 前記圧力センサにより検出された圧力が上昇している場合に前記燃料電池から排出される水を前記第2タンクに吹き付け、前記圧力センサにより検出された圧力が一定を保つ又は減少する場合に前記燃料電池から排出される水の前記第2タンクへの吹き付けを停止することを特徴とする請求項5〜請求項8のいずれか1項に記載の燃料ガス貯蔵装置。   Water discharged from the fuel cell is sprayed onto the second tank when the pressure detected by the pressure sensor is rising, and the fuel is detected when the pressure detected by the pressure sensor is kept constant or decreases. The fuel gas storage device according to any one of claims 5 to 8, wherein spraying of water discharged from the battery onto the second tank is stopped. 外部から前記第2タンクまでの供給配管に設けられて、該配管の流路を開放又は遮断する第2制御弁をさらに備え、
前記圧力センサにより検出された圧力の値が、前記第1タンクの最大充填時の圧力である最高使用圧力未満の第1圧力値に到達したときに、前記第1制御弁は流路を開放し、且つ前記第2制御弁は流路を遮断し、
前記圧力センサにより検出された圧力が一定を保つときに、前記第1制御弁は流路を遮断し、且つ前記第2制御弁は流路を開放し、
前記圧力センサにより検出された圧力が一定を保つときの圧力値が前記第1圧力値未満の圧力値である第2圧力値以上であるときに、前記第1制御弁及び前記第2制御弁は流路を開放する
ことを特徴とする請求項5〜請求項9のいずれか1項に記載の燃料ガス貯蔵装置。
A second control valve which is provided in a supply pipe from the outside to the second tank and opens or shuts off a flow path of the pipe;
When the pressure value detected by the pressure sensor reaches a first pressure value that is less than the maximum operating pressure, which is the pressure at the time of maximum filling of the first tank, the first control valve opens the flow path. And the second control valve blocks the flow path,
When the pressure detected by the pressure sensor remains constant, the first control valve shuts off the flow path, and the second control valve opens the flow path;
When the pressure value when the pressure detected by the pressure sensor is kept constant is equal to or greater than a second pressure value that is a pressure value less than the first pressure value, the first control valve and the second control valve are The fuel gas storage device according to any one of claims 5 to 9, wherein the flow path is opened.
燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池車両に燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵方法であって、
該燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵しておく第1タンクに燃料ガスを供給するに先立ち、第2タンクに燃料ガスを一時的に貯蔵して放熱を行うこと特徴とする燃料ガス貯蔵方法。
A fuel gas storage method for storing fuel gas in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power using fuel gas,
A fuel gas storage method comprising: temporarily storing fuel gas in a second tank to dissipate heat before supplying the fuel gas to a first tank that stores fuel gas supplied to the fuel cell.
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