JP2019100365A - 水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、配管中の水素ガスの局部的な温度上昇を緩和しながら正確な温度を検出することができ、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能な水素ステーションを提供する。【解決手段】蓄圧器から供給される水素ガスを燃料タンクに導入する充填ライン１１と、充填ライン１１の経路に設けられ、水素ガスを冷却する冷却器と、を備え、さらに、充填ライン１１の経路内における冷却器と燃料タンクとの間に、水素ガスの温度を検出するための水素ガス温度計８０が設けられており、該水素ガス温度計８０は、充填ライン１１の経路において、水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交した屈曲構造とされ、且つ、充填ライン１１の流入側又は排出側の何れかの内部に、水素ガスの温度を検出する熱電対８５が挿通されている。【選択図】図２

Description

本発明は、水素ステーションに関するものである。

次世代の自動車として、水素ガスを燃料として用いる燃料電池搭載車両（以下、「水素自動車」とも称する）の開発が進められている。水素自動車は、ＣＯ_２、ＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘ等の排出がなく、水を排出するだけの環境にやさしい自動車とされている。

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、その燃料である水素ガスを充填する水素ステーションまで走行し、この水素ステーションから水素ガスを補給する。この際、水素自動車の燃料タンクへの水素ガスの充填は、高圧且つ急速での圧縮充填で行うため、この圧縮充填による昇温によって燃料タンクが上限温度に達しないように、水素ステーション内において水素ガスを冷却する必要がある。

上記のように、水素ステーション内において水素ガスを冷却する方法として、例えば、特許文献１には、冷媒を用いて水素ガスを冷却する流体冷却方法が開示されている。

特開２０１６−１１８２７５号公報

ところで、水素ステーションにおいて水素ガスが正しく冷却されているかどうかを確認するためには、例えば、熱電対等の温度センサを用いて、配管内を流れる水素ガスに温度センサの検出端を接触させることが効果的である。一般に、配管内を流れるガスに温度センサの検出端を接触させる方法としては、例えば、図５に示すような、配管１１１の長手方向（軸方向）に対して垂直に分岐されるＴ字状の三方分岐継手（チーズ）１８１を使用するのが簡便な方法である。しかしながら、上記のような三方分岐継手１８１を用いた場合、流路に露出する熱電対１８５の検出端１８５ａの長さが短くなることから、水素ガスを停止させたときの外気環境の影響が大きくなり、水素ガスの局部的な温度上昇を検知してしまい、水素ガスの充填時に誤作動を生じるおそれがある。即ち、短時間の水素ガスの停止によって、特に外気温度の影響を受けやすい部分の温度上昇が生じたとしても、全体の熱容量からは水素充填には影響がないので、充填時にエラーが発生しまうことは、商用の水素充填を行う場合に大きな問題となっていた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で、配管中の水素ガスの局部的な温度上昇を緩和しながら正確な温度を検出することができ、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能な水素ステーションを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の態様を包含する。
本発明は、圧縮された水素ガスを燃料タンクに充填するための水素ステーションであって、圧縮された前記水素ガスを貯蔵する蓄圧器と、前記蓄圧器から供給される前記水素ガスを前記燃料タンクに導入する充填ラインと、前記充填ラインの経路に設けられ、前記水素ガスを冷却する冷却器と、を備え、さらに、前記充填ラインの経路中における前記冷却器と前記燃料タンクとの間に、前記水素ガスの温度を検出するための温度検出部が設けられており、前記温度検出部は、前記充填ラインの経路において、前記水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交して配置された屈曲構造とされ、且つ、前記流入側又は前記排出側の何れかの内部に、前記水素ガスの温度を検出する熱電対が挿通されていることを特徴とする水素ステーションを提供する。

本発明によれば、上記のように、温度検出部が、充填ラインの経路中において水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交した屈曲構造とされ、且つ、流入側又は排出側に熱電対が挿通されていることで、熱電対の検出端を充填ラインの奥深い位置まで到達させることができる。これにより、外的要因による水素ガスの局部的な温度上昇に影響されない位置で温度を検出できるので、特に、配管中の水素ガスの流れが停止した際に、外的要因による影響を最小限に抑制し、正確な温度を検出することができ、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能になる。

また、本発明の水素ステーションは、上記構成において、前記温度検出部は、前記充填ラインの経路に接続された三方分岐継手を有するとともに、該三方分岐継手が、互いに直交する方向で配置された前記水素ガスの流入管及び排出管と、該流入管又は排出管の何れかと反対側の方向に延出する熱電対挿入管とからなり、前記熱電対は、前記熱電対挿入管から前記流入管又は前記排出管の内部に向けて挿通されていることが好ましい。

本発明によれば、温度検出部に、汎用性の高い簡便な構造の三方分岐継手を用いることにより、上記のような、水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出し、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止する効果が顕著に得られるとともに、メンテナンス性等に優れた水素ステーションを構成することが可能になる。

また、本発明の水素ステーションは、上記構成において、前記熱電対は、前記三方分岐継手の中心接続部を基点とした、前記流入管側又は前記排出管側への前記熱電対の挿入長さＬが、前記中心接続部を基点とした前記流入管又は前記排出管の長さをＤとしたとき、次式｛Ｄ≦Ｌ≦２Ｄ｝を満足することが好ましい。

本発明によれば、流入管側又は排出管側への熱電対の挿入長さＬと、流入管又は排出管の長さＤとの関係を上記規定とすることで、検出端の位置が最適化されるので、上記したような、水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出し、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止する効果が、より確実且つ顕著に得られる。

本発明に係る水素ステーションによれば、上記構成を採用することにより、特に、配管中の水素ガスの流れが停止した際に、外的要因による水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出することができる。従って、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能になる。

本発明の一実施形態である水素ステーションについて模式的に説明する図であり、水素ステーションの全体構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態である水素ステーションについて模式的に説明する図であり、図１に示す水素ステーションに備えられる温度検出部を拡大して示す断面図である。 本発明に係る水素ステーションの実施例について説明する図であり、燃料タンクに水素ガスを充填する際の、充填中及び充填停止中における温度変化を示すグラフである。 本発明に係る水素ステーションの実施例について説明する図であり、燃料タンクに水素ガスを充填する際の、充填中、充填停止中及び再充填中における温度変化を示すグラフである。 従来の水素ステーションに備えられる温度検出部を示す断面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である水素ステーションについて、主に図１及び図２を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、その特徴をわかり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

＜水素ステーションの全体構成＞
以下、本実施形態の水素ステーションの全体構成について具体的に説明する。
図１は、本実施形態の水素ステーション１を含む水素充填環境の構成を示す概略図である。

図１に示す水素ステーション１は、水素自動車２の車載タンク（燃料タンク：図示略）内に、圧縮された水素ガスを供給して充填するための設備である。水素ステーション１においては、差圧充填により、水素自動車２に水素ガスを充填する。

水素自動車２は、水素ガスと酸素との化学反応によって発生した電力を動力源として走行する燃料電池搭載車両であり、上述したように、水素ガスを充填するための図示略の燃料タンクを備えている。

次に、水素ステーション１の具体的な構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の水素ステーション１は、水素充填制御装置１０、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）、圧力計２１−１〜２１−Ｎ、遮断弁２２−１〜２２−Ｎ、逆止弁２３−１〜２３−Ｎ、流量計３０、圧力計３１、調節弁４０、冷却器５０、圧力計５１、充填カプラ６０、外気温度計７０及び水素ガス温度計（温度検出部）８０を備えて構成される。

水素充填制御装置１０は、遮断弁２２−１〜２２−Ｎ及び調節弁４０の開閉を制御する。水素充填制御装置１０は、例えば、バスで接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ及び補助記憶装置等を備え、制御プログラムを実行することにより、上記の各圧力計及び各温度計から入力されたデータに基づき、上記の各弁機構の開閉を制御するものである。即ち、本実施形態では、水素充填制御装置１０の制御により、遮断弁２２−１〜２２−Ｎの何れか及び調節弁４０が開放されると、開放された遮断弁２２−１〜２２−Ｎに接続された蓄圧器２０−１〜２０−Ｎから、水素ガスが供給ライン１１（充填ライン：図１中の実線）を介して水素自動車２に供給される。

なお、水素充填制御装置１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、あるいは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のハードウェアを用いて実行されるように構成してもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。ここで、本明細書で説明するコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。さらに、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

供給ライン１１は、配管からなる。
供給ライン１１を構成する配管としては、特に限定されないが、例えば、水素脆化しないステンレス鋼等からなる、内径が１／２インチ程度のものを何ら制限無く採用することができる。

蓄圧器２０−１〜２０−Ｎは、図示略の圧縮機によって圧縮された高圧の水素ガスを貯留するものである。
圧力計２１−１〜２１−Ｎは、それぞれ、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎと遮断弁２２−１〜２２−Ｎとの間に設けられ、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎ内の水素ガスの圧力を検出するものである。

遮断弁２２−１〜２２−Ｎは、それぞれ、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに対して設けられる。遮断弁２２−１〜２２−Ｎは、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに貯留されている水素ガスの供給を遮断可能な弁である。即ち、遮断弁２２−１〜２２−Ｎが閉じられている場合には、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに貯留されている水素ガスの供給が遮断される。一方、遮断弁２２−１〜２２−Ｎが開放されている場合には、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに貯留されている水素ガスが供給ライン１１に導入される。また、上述したように、遮断弁２２−１〜２２−Ｎは、水素充填制御装置１０による制御に応じて開閉される。

逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、それぞれ、遮断弁２２−１〜２２−Ｎに対して設けられる。逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、供給ライン１１内を流れる水素ガスの逆流を防ぐ弁である。本実施形態においては、逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎから水素自動車２の方向にのみ、水素ガスが供給可能となる向きで設置される。
流量計３０は、供給ライン１１を流れる水素ガスの流量を検出するものである。流量計３０によって検出された水素ガスの流量値は、水素充填制御装置１０に入力される。

圧力計３１は、流量計３０と調節弁４０との間に設けられ、供給ライン１１を流れる水素ガスの圧力を検出するものである。圧力計３１によって検出された水素ガスの圧力値は、水素充填制御装置１０に入力される。
調節弁４０は、開度調整可能な弁であり、この調節弁４０の開度が変更されることによって水素ガスの流量が調整される。なお、調節弁４０のＣｖ値（流量計数）は、通常、予め決められている。

冷却器５０は、供給ライン１１を流れる水素ガスを冷却するものである。冷却器５０としては、例えば、冷媒を用いて水素ガスを冷却可能なものを採用できる。
圧力計５１は、冷却器５０と充填カプラ６０との間に設けられ、供給ライン１１を流れる水素ガスの圧力を検出するものである。圧力計５１によって検出された水素ガスの圧力値は、水素充填制御装置１０に入力される。なお、圧力計５１によって検出された水素ガスの圧力値は、水素自動車２の燃料タンク内の圧力と概略で一致する。

充填カプラ６０は、水素ステーション１と水素自動車２とを接続するための結合部材である。この充填カプラ６０によって水素ステーション１と水素自動車２とが接続されることにより、水素ステーション１から水素自動車２に水素ガスの供給が可能になる。

外気温度計７０は、外気温を検出するものである。外気温度計７０によって検出された外気温は、水素充填制御装置１０に入力される。

水素ガス温度計（温度検出部）８０は、冷却器５０で冷却された、供給ライン１１を流れる水素ガスの温度を検出するものである。水素ガス温度計８０は、供給ライン１１の経路において、冷却器５０と水素自動車２の燃料タンクとの間に設けられ、図示例では、冷却器５０と充填カプラ６０との間に設置されている。即ち、水素ガス温度計８０は、冷却器５０で冷却された直後であって、充填カプラ６０によって水素自動車２の燃料タンクに充填される直前の水素ガスの温度を検出する。水素ガス温度計８０によって検出された水素ガスの温度は、外気温度計７０によって検出された外気温の場合と同様、水素充填制御装置１０に入力される。

図２の断面図に示すように、水素ガス温度計８０は、供給ライン１１の経路上（経路内）に設けられる。本実施形態の水素ステーション１に備えられる水素ガス温度計８０は、水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交した屈曲構造とされ、且つ、供給ライン１１の流入側又は排出側の何れかの内部に、これらの内壁に沿うように、水素ガスの温度を検出する熱電対８５が挿通されて構成される。図示例においては、水素ガス温度計８０は、供給ライン１１の経路内に設けられた三方分岐継手８１を有し、この三方分岐継手８１は、互いに直交する方向で配置された水素ガスの流入管（流入側）８１ａ及び排出管（排出側）８１ｂ、並びに、排出管８１ｂと反対側の方向に延出する熱電対挿入管８１ｃとから構成される。

そして、水素ガス温度計８０は、熱電対８５が、熱電対挿入管８１ｃから排出管８１ｂの内部に向けて、検出端８５ａが供給ライン１１の管内に到達するように配置されている。また、図示例では、熱電対８５が、スリーブ８２及び取り付けねじ８３によって熱電対挿入管８１ｃに取り付けられている。また、流入管８１ａ及び排出管８１ｂには、これらに連通するように供給ライン１１（水素ガスの流入側又は排出側）が取り付けられ、図示例では取り付けねじ８３を用いて固定されている。

本実施形態においては、上記のように、熱電対８５が排出管８１ｂ内に挿通され、さらに、熱電対８５の検出端８５ａが、排出管８１ｂ内から供給ライン１１内の奥深い位置に配置されている。即ち、熱電対８５の検出端８５ａは、外気環境の影響を受けやすい三方分岐継手８１やスリーブ８２から離間した供給ライン１１内に配置されることから、外的要因による水素ガスの局部的な温度上昇に影響されない位置で温度を検出できる。これにより、水素ガスの充填時に、供給ライン１１中の水素ガスの流れが短時間で停止した際であっても、外的要因による影響を最小限に抑制して正確な温度を検出することができる。従って、例えば、水素ガスの温度が上昇していると誤検知して、燃料タンクへの水素ガスの供給を停止する等の誤動作が生じるのを防止することが可能になる。

三方分岐継手８１の材質としては、供給ライン１１を構成する配管と同様、水素脆化しないステンレス鋼からなるものを用いることができる。
また、熱電対８５としても、一般的な熱電対用の素材からなるものを用いることができ、また、例えば、５ｍｍ程度の径のものを何ら制限無く用いることができる。

また、本実施形態においては、熱電対８５を排出管８１ｂ側に挿通させた例を説明しているが、これには限定されず、例えば、流入管８１ａ側に挿通させてもよい。このような場合には、三方分岐継手８１として、流入管８１ａと反対側の方向に熱電対挿入管８１ｃが延出した構成のものを用いることができる。

本実施形態のように、三方分岐継手８１を有する水素ガス温度計８０を採用することで、上述したような水素ガスの局部的な温度上昇を緩和しながら正確な温度を検出できる効果とともに、メンテナンス性等に優れた水素ステーション１を構成できるという効果も得られる。

ここで、本実施形態においては、熱電対８５は、三方分岐継手８１の中心接続部８１ｄを基点とした、流入管８１ａ側又は排出管８１ｂ側への熱電対８５の挿入長さＬが、中心接続部８１ｄを基点とした流入管８１ａ又は排出管８１ｂの長さをＤとしたとき、次式｛Ｄ≦Ｌ≦２Ｄ｝を満足することが好ましい。

このように、流入管８１ａ側又は排出管８１ｂ側への熱電対８５の挿入長さＬと、流入管８１ａ又は排出管８１ｂの長さＤとの関係を上記規定とすることで、検出端８５ａの位置が、少なくとも三方分岐継手８１と供給ライン１１との接続部まで到達する。これにより、熱電対８５の検出端８５ａは、外的要因の影響を受けやすい三方分岐継手８１やスリーブ８２から確実に離間する。従って、上記したような、水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出し、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止する効果が、より確実且つ顕著に得られる。

なお、本実施形態においては、水素ガス温度計８０として、上記のような三方分岐継手８１を用いた例を説明しているが、これに限定されるものではない。水素ガス温度計８０としては、例えば、Ｌ字管等のような、水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交した屈曲構造を有するものを用い、流入側又は排出側の何れかの内部に熱電対８５が挿通された構成を採用してもよい。あるいは、供給ライン１１自体をＬ字状に形成し、流入側又は排出側の何れかの内部に熱電対８５が挿通された構成とすることも可能である。

＜水素ステーションの運転方法＞
以下に、本実施形態の水素ステーション１を用いて水素自動車２の燃料タンクに水素ガスを充填する運転方法について、図１を参照しながら説明する。

なお、以下の説明において、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎについて、特に区別しない場合には蓄圧器２０と記載する。また、圧力計２１についても、特に区別しない場合には圧力計２１と記載する。また、遮断弁２２−１〜２２−Ｎについても、特に区別しない場合には遮断弁２２と記載する。また、逆止弁２３−１〜２３−Ｎについても、特に区別しない場合には逆止弁２３と記載する。さらに、圧力計２１、３１及び５１についても、特に区別しない場合には、単に圧力計と記載する。

水素充填制御装置１０は、制御プログラムの実行により、内部構成の詳細な図示を省略するが、例えば、取得部、昇圧率変更領域決定部、規定圧力決定部、判定部、弁制御部を備える制御装置として機能する。

取得部は、各種情報を取得する。例えば、取得部は、圧力計によって各検出された圧力値や各温度計によって検出された温度値を取得する。
昇圧率変更領域決定部は、所定の条件に基づいて水素ガスの昇圧率変更開始領域を決定する。
規定圧力決定部は、昇圧率変更開始領域内において水素ガスの規定圧力を決定する。規定圧力は、例えば、最終目標圧力の８０％以上であり、より好ましくは９０〜９５％である。
判定部は、取得部によって取得された圧力値に基づいて、水素自動車２の車載タンクに供給される水素ガスの圧力が規定圧力であるか否かを判定する。より具体的には、判定部は、圧力計５１から取得された圧力値が、規定圧力であるか否かを判定する。
さらに、判定部は、取得部によって取得された温度値に基づき、水素ガスの温度が規定温度以下であるか否かを判定する。

弁制御部は、昇圧率変更領域決定部によって決定された昇圧率変更領域に応じて充填時における水素ガスの流量を制御する。例えば、弁制御部は、水素自動車２に供給される水素ガスの圧力が、昇圧率変更領域内に達するように調節弁４０を開放することによって水素ガスの流量を制御する。さらに、弁制御部は、判定部の判定結果に応じて調節弁４０の開度を制御する。例えば、水素自動車２の車載タンクに供給される水素ガスの圧力値が、規定圧力であると判定された場合、弁制御部は調節弁４０の開度を小さくすることによって水素ガスの充填時における昇圧率が小さくなるように制御する。弁制御部は、例えば、水素ガスの充填時における昇圧率が規定昇圧率の３０％以上、より好ましくは４０〜６０％となるように調節弁４０の開度を制御する。弁制御部は、規定圧力と、規定充填時間Ｔとに基づいて、規定充填時間Ｔ内に充填が完了するように調節弁４０の開度を調節する。

昇圧率変更領域決定部は、昇圧率変更開始領域を決定する。昇圧率変更領域決定部は、昇圧率変更開始領域内において規定圧力を決定する。弁制御部は、調節弁４０及び充填用の蓄圧器２０に対応する遮断弁２２を開放する。この際、弁制御部は、水素自動車２の車載タンクに充填される水素ガスの圧力の昇圧率が、昇圧率変更開始領域に達するように調節弁４０を開放することによって水素ガスの流量を調節する。調節弁４０及び充填用蓄圧器２０に対応する遮断弁２２が開放されると、充填用蓄圧器２０に貯留されている水素ガスが水素自動車２に充填される。

取得部は、定期的（例えば、１ミリ秒〜１００ミリ秒など）に各種情報を取得する。判定部は、圧力計５１によって検出された圧力が規定圧力であるか否か判定する。検出された圧力が規定圧力ではない場合、水素充填制御装置１０は上記の処理を繰り返し実行する。
一方、検出された圧力が規定圧力であった場合、弁制御部は調節弁４０の開度を制御する。具体的には、弁制御部は、調節弁４０の開度を小さくすることによって水素自動車２に充填される水素ガスの充填時における昇圧率が小さくなるように制御する。

そして、本実施形態の水素ステーション１においては、水素ガス温度計８０で検出され、取得部で取得した水素ガスの温度値に基づき、判定部が、必要に応じて、調節弁４０の開度を制御する。即ち、判定部は、水素ガス温度計８０で検出された水素ガスの温度値が規定値以下である場合には、水素自動車２の燃料タンクは上限温度には達していないと判定し、水素ガスの充填処理を引き続き行うように制御する。一方、水素ガスの温度が規定値を上回っている場合には、判定部は、水素自動車２の燃料タンクが圧縮充填による昇温によって上限温度に達していると判定し、調節弁４０の開度を小さくして充填速度を遅くするか、あるいは閉状態として充填処理を停止する。

以上のように構成された水素ステーション１によれば、水素自動車２に充填される水素ガスの温度が規定温度を超えると、供給量を減らすか、あるいは供給を停止する。この際、本実施形態の水素ステーション１においては、温度検出部として、上記構成の水素ガス温度計８０が備えられているので、例えば、配管中の水素ガスの流れが停止した場合でも、外的要因による水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出することができる。従って、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能になる。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の水素ステーション１によれば、水素ガス温度計８０が、供給ライン１１の経路中において水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交した屈曲構造とされ、且つ、流入側又は排出側の内壁に沿うように熱電対が挿通されていることで、熱電対の検出端を充填ラインの奥深い位置まで到達させることができる。これにより、外的要因による水素ガスの局部的な温度上昇に影響されない位置で温度を検出できるので、特に、配管中の水素ガスの流れが停止した際に、外的要因による影響を最小限に抑制し、正確な温度を検出することができ、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能になる。

また、本実施形態においては、さらに、水素ガス温度計８０に、汎用性の高い簡便な構造の三方分岐継手８１を用いた場合には、上記のような、水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出し、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止する効果が顕著に得られるとともに、メンテナンス性等に優れた水素ステーション１を構成することが可能になる。

さらに、本実施形態においては、上記の三方分岐継手８１を用いた場合に、流入管８１ａ側又は排出管８１ｂ側への熱電対５の挿入長さＬと、流入管８１ａ又は排出管８１ｂの長さＤとの関係が、次式｛Ｄ≦Ｌ≦２Ｄ｝を満足することで、検出端８５ａの位置が、少なくとも三方分岐継手８１と供給ライン１１との接続部まで到達する。これにより、上記したような、水素ガスの局部的な温度上昇の影響を最小限に抑制しながら正確な温度を検出し、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止する効果が、より確実且つ顕著に得られる。

以下、実施例により、本発明に係る水素ステーションについてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

＜実施例＞
本実施例においては、上述した本発明の水素ステーションにおける水素ガス温度計（温度検出部）の構成による効果を実証するため、図１に示すような水素ステーション１を準備し、水素自動車２の燃料タンクへの水素ガスの充填処理を実施した。
そして、水素充填中、水素ガス温度計８０で検出される、水素充填中、及び、水素充填停止中における水素ガス温度の変化を調べ、結果を図３のグラフに示した。
また、本実施例では、三方分岐継手の熱電対挿通管８１ｃから挿入する熱電対８５の挿入長さＬを適宜変化させながら処理を実施した。

図３のグラフに示すように、三方分岐継手８１の中心接続部８１ｄを基点とした排出管８１ｂ側への熱電対８５の挿入長さＬを、熱電対８５の検出端８５ａの位置が、図２中に示した排出管８１ｂの長さＤの位置（排出管８１ｂの端部）となるように設定した場合、水素ガス温度計８０による温度測定値は、水素充填中、即ち、冷却器５０で十分に冷却された水素ガスが供給されている状態においては、約−４０℃に維持されている。

一方、図３のグラフに示すように、水素ガスの充填処理を停止することで、水素ガスの温度は、外気温度の影響（熱電対８５の熱伝導や、三方分岐継手８１の熱伝導等）を受けて上昇していくことがわかる。このとき、供給ライン１１の内部においては低温の水素ガスも対流していることから、水素ガスの充填停止後、１時間経過した時点の水素ガス温度は約−３４℃であった。即ち、例えば、水素充填制御装置１０において、水素ガス温度上昇エラーの閾値を−３３℃に設定しておくことで、短時間の水素停止があった場合でも安定動作が継続されることが明らかである。

さらに、熱電対８５の検出端８５ａの位置を、図２中に示した排出管８１ｂの長さＤの２倍の位置まで延ばした場合、水素ガスの充填処理の停止後、１時間経過した時点の水素ガスの温度は約−３６℃であった。上記したように、熱電対８５の検出端８５ａは、三方分岐継手８１やスリーブ８２等からできるだけ遠い位置に配置された方が熱伝導の影響が少なくなる。一方、熱電対８５の挿入長さＬが長くなるほど、検出端８５ａの位置がぶれやすく、供給ライン１１の内面に接触するおそれがあると考えられる。このような観点からは、熱電対８５の挿入長さＬは、流入管８１ａ又は排出管８１ｂの長さＤの２倍程度を上限とすることが最適と考えられる。

＜比較例＞
比較例においては、水素ガス温度計として、図５に示すような従来の構成の水素ガス温度計１８０を使用した点を除き、上記の実施例と同様に水素自動車の燃料タンクへの水素ガスの充填処理を実施し、同様に評価した。

図５に示すように、比較例においては、熱電対１８５の検出端１８５ａが、三方分岐継手１８１における各分岐管の交点付近に配置されている。
そして、図３のグラフに示すように、比較例においては、水素ガス温度上昇エラーの閾値を−３３℃に設定した場合、水素ガスの充填処理を停止してから約２０分で上記閾値に達してしまった。このため、比較例のような、従来の構成の水素ガス温度計１８０を水素ステーションに用いた場合には、一度、水素充填を停止すると、ほどなく水素ガス温度上昇エラーと判断されるため、次の水素ガス充填処理が困難になることが認められた。

以上説明したような実施例の結果より、図２に示すような水素温度計８０を備えた本発明に係る水素ステーションを用いることで、外的要因による水素ガスの局部的な温度上昇に影響されることなく、正確な温度を検出することができ、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止できることが明らかとなった。

本発明の水素ステーションは、簡便な構成で、配管中の水素ガスの局部的な温度上昇を緩和しながら正確な温度を検出することができ、水素ガスの充填時に誤動作が生じるのを防止することが可能なので、水素ガスを燃料として用いる燃料電池搭載車両（水素自動車）向けの商用の水素ステーションとして非常に好適である。

１…水素ステーション
１０…水素充填制御装置
１１…供給ライン（充填ライン）
２０（２０−１〜２０−Ｎ）…蓄圧器
２１（２１−１〜２１−Ｎ）、３１、５１…圧力計
２２（２２−１〜２２−Ｎ）…遮断弁
２３（２３−１〜２３−Ｎ）…逆止弁
３０…流量計
４０…調節弁
５０…冷却器
６０…充填カプラ
７０…外気温度計
８０…水素ガス温度計（温度検出部）
８１…三方分岐継手
８１ａ…流入管
８１ｂ…排出管
８１ｃ…熱電対挿通管
８１ｄ…中心接続部
８２…スリーブ
８３…取り付けねじ
８５…熱電対
８５ａ…検出端
２…水素自動車（燃料電池搭載車両）
Ｌ…熱電対の挿入長さ
Ｄ…流入管又は排出管の長さ

Claims (3)

1. 圧縮された水素ガスを燃料タンクに充填するための水素ステーションであって、
   圧縮された前記水素ガスを貯蔵する蓄圧器と、
   前記蓄圧器から供給される前記水素ガスを前記燃料タンクに導入する充填ラインと、
   前記充填ラインの経路に設けられ、前記水素ガスを冷却する冷却器と、
   を備え、
   さらに、前記充填ラインの経路における前記冷却器と前記燃料タンクとの間に、前記水素ガスの温度を検出するための温度検出部が設けられており、
   前記温度検出部は、前記充填ラインの経路において、前記水素ガスの流入側と排出側とが互いに直交して配置された屈曲構造とされ、且つ、前記流入側又は前記排出側の何れかの内部に、前記水素ガスの温度を検出する熱電対が挿通されていることを特徴とする水素ステーション。
2. 前記温度検出部は、前記充填ラインの経路に接続された三方分岐継手を有するとともに、該三方分岐継手が、互いに直交する方向で配置された前記水素ガスの流入管及び排出管と、該流入管又は排出管の何れかと反対側の方向に延出する熱電対挿入管とからなり、
   前記熱電対は、前記熱電対挿入管から前記流入管又は前記排出管の内部に向けて挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の水素ステーション。
3. 前記熱電対は、前記三方分岐継手の中心接続部を基点とした、前記流入管側又は前記排出管側への前記熱電対の挿入長さＬが、前記中心接続部を基点とした前記流入管又は前記排出管の長さをＤとしたとき、次式｛Ｄ≦Ｌ≦２Ｄ｝を満足することを特徴とする請求項２に記載の水素ステーション。

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