JP4276605B2 - 水素ステーション及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、水素ステーション及び車両に係り、詳しくは車両に搭載された水素貯蔵タンクへの水素の充填を従来に比較して短時間で行うのに好適な水素ステーション及び車両に関する。

近年、地球温暖化を抑制する意識が高まり、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車や水素エンジン自動車等の水素を燃料とした水素自動車の開発が盛んである。水素自動車としては、水素供給源として水素ガスが充填された水素タンクを搭載するものが一般的である。

水素の貯蔵、輸送の方法として、ある温度、圧力の条件のもとで水素を吸蔵して水素化物になり、必要時に別の温度、圧力の条件のもとで水素を放出する「水素吸蔵合金」といわれる金属の利用が着目されている。そして、水素吸蔵合金を使用した水素タンクでは、同じ容積で水素貯蔵量を増大させることができるため、注目されている。

水素タンクへの水素ガスの充填は、水素ステーションと呼ばれるガソリンスタンドやＬＰガススタンドに対応する設備で行われる。例えば、水素ステーションは、複数本のボンベからなる水素カードルと、水素カードルから供給される水素を車両の水素タンクに充填するディスペンサ（充填機）とを備えている。そして、ディスペンサのホース先端に設けられたカプラを前記水素タンクへの充填口に連結した状態で、水素カードルと水素タンクとの圧力差により、水素タンクに水素ガスを充填する。

水素タンクに水素ガスを充填する場合、水素タンク内の温度が高くなるため、冷却しながら充填しないと充填に時間がかかる。また、水素吸蔵合金を使用して水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて充填量を高める場合、水素吸蔵合金による水素吸蔵反応は発熱反応のため、冷却しないと水素吸蔵反応が円滑に進まない。

水素自動車の燃料タンク（水素タンク）を水素吸蔵合金を利用して構成した場合に好適な給水素システムとして、前記燃料タンクに該燃料タンク内の水素吸蔵合金を冷却するための冷却液を供給する冷却液供給システムを給水素スタンドに設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この給水素システムは、燃料タンクから水素ガスをエンジンに供給する際に水素吸蔵合金を加熱するのにエンジンを冷却後の冷却液を使用するため水素自動車に設けられた冷却液循環系と別に、燃料タンクに水素ガスを充填する際に燃料タンクを冷却するための冷却液供給用と、冷却液排出用配管とが設けられている。
特開平７−１０８９０９号公報（明細書の段落［０００６］、［００３１］、図２）

ところが、特許文献１に記載の給水素システムでは、水素タンク内に、水素吸蔵合金から水素を放出させる際に水素吸蔵合金を加熱するために熱媒体を流す経路と、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に水素吸蔵合金を冷却するための冷却液を流す経路と別々に設ける必要がある。その結果、水素タンクの構造が複雑になるとともに、水素充填のための容積が同じ場合、水素タンクが大型になるという問題がある。

本願出願人は、水素吸蔵合金を使用した水素タンクを搭載した燃料電池自動車において、水素吸蔵合金から水素を放出させる際に水素吸蔵合金を加熱するための熱媒体として燃料電池を冷却後の熱媒体を使用するとともに、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に水素吸蔵合金を冷却するための熱媒体としても同じ熱媒体を使用するシステムを考えた。このシステムでは、熱媒体の冷却は燃料電池自動車に装備されたラジエータにより冷却される。そして、燃料電池の運転時、即ち燃料電池を冷却後の熱媒体で水素吸蔵合金を加熱して、その熱媒体をラジエータで冷却する場合は、燃料電池の冷却及び水素吸蔵合金の加熱が良好に行われる。しかし、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる場合、即ち水素タンクへの水素の充填時に、多量（例えば、５ｋｇ）の水素を短時間（例えば、５分以内）で高圧（例えば、３５ＭＰａ）に充填しようとすると、一般的な車載用のラジエータ及びファンでは水素吸蔵合金からの発熱及びガス圧縮熱の外部放出能力が不足するという問題がある。ここで、水素の充填量５ｋｇという値は、燃料電池自動車が１回の燃料充填でガソリン車並の５００ｋｍを走行可能な値である。

一般的な車載用のラジエータ及びファン（例えば、冷却水流量：６０Ｌ／ｍｉｎ、風速：最大２ｍ／ｓ）では、外気温３０℃で充填を行った場合、水素タンクが空の状態から５分間で、満タン水素量の約８５％（４．２５ｋｇ）しか充填できない。５分で満タンの９５％（４．７５ｋｇ）以上の水素を充填させるには、ファン風速を６ｍ／ｓ以上にする必要がある。しかし、この風速が出せるファンを燃料電池自動車に搭載した場合、大きな設置スペースが必要になるとともに、水素充填時以外は能力が過剰のファンを装備することになる。

前記熱媒体の経路に、出口用及び入口用の分岐部を設け、水素ステーションでの水素充填時に、水素ステーションに設けられた熱媒体を冷却する経路と、燃料電池自動車に設けられた熱媒体の循環経路とを接続して、熱媒体を水素ステーションで冷却しながら循環させて、水素充填を行うことが考えられる。しかし、一般に熱媒体は一種類ではなく、メーカー等によって異なるため、水素ステーションでは燃料電池自動車側で使用されている熱媒体に合わせた熱媒体を準備しておく必要が有るという問題がある。また、水素充填時に、熱媒体の循環経路を連結する手間が必要になるという問題もある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、水素充填時に車載のラジエータ及びファンを使用して水素タンクを冷却する場合に比較して、水素充填時間を短くすることができる水素ステーションを提供することにある。また、第２の目的は水素ステーションでの水素充填時に、車載のラジエータに対して外部に設けられたファンから吹き付けられた風が効率よくラジエータを冷却できる車両を提供することにある。

前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、水素ガスが充填された蓄ガス設備と、前記蓄ガス設備から供給される水素ガスを車載の水素タンクに充填するディスペンサと、車両のラジエータに向かって風を吹き付けることが可能な送風機とを備えている。蓄ガス設備の水素ガスは、満充填時の水素タンク内の圧力より大きな圧力、例えば、水素タンクに満充填時の圧力が３５ＭＰａとなるように充填する場合は、所定圧力は４０〜４５ＭＰａであっても良いし、満充填時の水素タンク内の圧力以下であって水素ガスを圧縮器で圧縮して加圧して水素タンクに充填してもよい。また、水素ステーションは固定式（定置式）のものに限らず、水素ステーション全体がトレーラ等あるいはコンテナ上に設置された移動式のものも含まれる。

この発明では、車両の水素タンクに水素を充填する際、車両が所定の停車位置に停止した状態で、ディスペンサのカプラが水素タンクの充填口に連結され、水素タンクへの水素の充填が行われる。水素充填を短時間で行うには、水素充填に際して水素タンクを冷却する必要があり、水素タンクの冷却には車載のラジエータが使用される。また、ラジエータに向かって送風機から風が吹き付けられる。この時、車両に搭載されたラジエータ冷却用のファンは駆動されず、熱媒体を循環させるポンプが駆動される。そして、ラジエータで冷却された熱媒体が水素タンクを冷却し、水素タンクを冷却することで暖められた熱媒体がラジエータで冷却される。水素の充填を短時間で行うには、一般的な車両に搭載されるラジエータ冷却用のファンでは能力不足となるが、水素ステーションに設けられた送風機を駆動してラジエータに向かって空気を吹き付けることにより、必要な風量の風を吹き付けることができ、車載のファンを使用する場合に比較して短時間で水素充填を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ディスペンサから前記水素タンクへの水素充填が開始されたことを検知する検知手段を備え、前記検知手段からの検知信号に基づいて、前記送風機を駆動する駆動制御装置を備えている。

この発明では、水素タンクへの水素充填が開始されると、検知手段によってそれが検知される。そして、検知手段の検知信号に基づいて駆動制御装置により送風機が駆動される。従って、冷却が必要な時に送風機が自動的に駆動される。なお、水素タンクへの水素充填が開始されたことを検知する検知手段としては、例えば、ディスペンサの水素の流れを検知する流量検知装置、ディスペンサのホースに設けられたカプラが水素タンクへの水素充填口に連結された時にオンとなるスイッチ、水素タンクの発熱を検知するセンサ等が挙げられる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記送風機は、冷却手段で外気より低温に冷却された状態の風を前記ラジエータに向かって吹き付ける。従って、この発明では、ラジエータにおける放熱能力が向上し、外気をそのまま吹き付ける場合に比較して、水素タンクを冷却する熱媒体の温度が低下し、水素充填時間をより短縮することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、
前記送風機は、熱負荷に合わせて風量が調整されて駆動される。水素タンク、特に水素吸蔵合金が収容された水素タンクを冷却する場合、水素の充填開始から一定の送風量で風を吹き付ける場合は送風機の制御が簡単となるが、ラジエータで冷却する熱負荷は一定ではない。従って、送風量を一定として短時間で水素充填を行うと送風機が無駄なエネルギーを消費することになる。しかし、この発明では、送風機は、熱負荷に合わせて風量が調整されて駆動されるため、同じ充填時間であってもエネルギー消費量を少なくできる。

前記第２の目的を達成するため、請求項５に記載の発明は、水素を燃料として水素タンクを搭載するとともに、前記水素タンクへ水素ガスを充填する際に水素タンク冷却用に使用するラジエータを備えた車両である。前記ラジエータは車両の前側に設けられた室内に設置され、前記室の上部開口を覆うボンネットには、少なくとも前記ラジエータの前側と対応する部分のフロントグリルが一体に形成され、ボンネットが開放された状態においてラジエータの前側が露出されるように構成されている。

通常の車両は、エンジンルーム内の前側寄りにラジエータが配置されており、ラジエータと対応する部分は外気を進入させるためと、ファンの風が通り抜けるために、風とおしが良く形成されている。しかし、格子状、ラダー状等の隔壁であるフロントグリルが存在するため、その分の抵抗が存在する。ところが、この発明の車両は、ボンネットを開けると、ラジエータの前側の部分がボンネットと共に移動してラジエータが露出する。従って、その状態で請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の水素ステーションで水素を充填すると、ラジエータの放熱効果がより向上し、短時間での水素充填が可能になる。

請求項６に記載の発明は、水素を燃料として水素タンクを搭載するとともに、前記水素タンクへ水素ガスを充填する際に水素タンク冷却用に使用するラジエータを備えた車両であって、前記ラジエータが設置された室の外から該ラジエータに向かって吹き付けられてラジエータを通過した風を前記室の外へ円滑に排出する経路が設けられている。

ラジエータが設置された室（例えば、エンジンルーム）内には、通常種々の部品が収納されており、ラジエータに対して室外から吹き付けられた風が室外に抜け難い構成になっている。この発明では、ラジエータに対して室外から吹き付けられて、ラジエータを通過した風は、前記経路の存在により室外へ円滑に排出される。従って、ラジエータの放熱効果が向上し、短時間での水素充填が可能になる。前記経路は、例えば、ボンネットのラジエータ近傍に開閉可能な蓋を設けるとともに、走行中は閉じた状態に保持されている前記蓋を、水素充填時に開けることによって形成される。

本発明によれば、車載のラジエータ及びファンを使用して水素充填時に水素タンクを冷却する場合に比較して、水素充填時間を短くすることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した水素ステーションの第１の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。図１は水素充填時における水素ステーションと、車載の水素タンクとの関係を示す概略構成図であり、図２は燃料電池、水素タンク及び熱媒体の流通経路を示す模式図である。

図１に示すように、水素ステーション１１は、水素ガスを貯蔵する蓄ガス設備１２と、蓄ガス設備１２から供給される水素ガスを車両３０の水素タンク３１に充填するディスペンサ（充填機）１３と、送風機１４とを備えている。なお、図１においては、車両３０、蓄ガス設備１２、ディスペンサ１３、送風機１４等の大きさの比は、実際の比と異なる状態で表されている。

車両３０は、燃料電池を駆動源とする燃料電池自動車であり、燃料電池システムを搭載している。図２に示すように、燃料電池システム３２は、水素タンク３１、燃料電池３３、コンプレッサ３４及びラジエータ３５を備えている。水素タンク３１、燃料電池３３及びラジエータ３５は熱媒流路３６を介して連結されている。水素タンク３１は複数本（例えば、４本）設けられている搭載されている。なお、図２では水素タンク３１は３本のみ図示されている。

燃料電池３３は、例えば固体高分子型の燃料電池からなり、水素タンク３１から供給される水素と、コンプレッサ３４から供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する。定常運転時に燃料電池３３を冷却可能にするため、前記熱媒流路３６の一部が熱交換部３６ａとして燃料電池３３内に配置されている。

水素タンク３１は、タンク３７と、水素吸蔵材としての水素吸蔵合金ＭＨを内部に収容した水素吸蔵用ユニット３８と、タンク３７内で水素吸蔵用ユニット３８を支持する支持体３９とを備えている。また、水素タンク３１内には、水素吸蔵合金ＭＨとの間で熱交換を行う熱媒体の流路として、前記熱媒流路３６の一部が熱交換部３６ｂとして配置されている。この実施形態では熱媒体としてＬＬＣ（ロングライフクーラント）が使用されている。熱交換部３６ｂの周囲には水素吸蔵合金ＭＨとの間の熱交換の効率を高めるための多数のフィン４０が設けられている。水素吸蔵合金ＭＨとしては公知のものが使用されている。

各水素タンク３１は、燃料電池３３の水素供給ポート（図示せず）に管路４１を介して連結され、燃料電池３３に水素を供給する。水素タンク３１は、満充填状態において所定圧力（例えば、約３５ＭＰａ）の高圧で水素を貯蔵し、図示しないバルブで圧力を減圧して燃料電池３３に一定の圧力（例えば、０．３ＭＰａ程度）で供給ようになっている。各水素タンク３１は、水素充填口４２ａを備えた配管４２に連結され、配管４２から各水素タンク３１に同時に水素ガスの充填が可能になっている。

コンプレッサ３４は、燃料電池３３の酸素供給ポート（図示せず）に管路４３を介して連結され、燃料電池３３に圧縮空気を供給する。コンプレッサ３４は図示しないエアクリーナでゴミ等が除去された空気を圧縮して管路４３に吐出するようになっている。

ラジエータ３５は、モータ４４により回転されるファン４５を備え、ラジエータ３５からの放熱が効率よく行われるようになっている。
熱媒流路３６には、ラジエータ３５の入口側にポンプ４６が設けられている。ポンプ４６は、熱媒流路３６内の熱媒体をラジエータ３５の入口に側へ送るように設けられている。熱媒流路３６は、熱交換部３６ａの入口及びラジエータ３５の出口の中間に設けられた分岐部で分岐されて、ラジエータ３５の入口に連結される部分３６ｃを有し、分岐部には電磁三方弁４７が設けられている。熱交換部３６ａの出口側は部分３６ｃに連結されている。

各水素タンク３１の熱交換部３６ｂの入口側は、部分３６ｃに電磁三方弁４８を介して連結されている。また、熱交換部３６ｂの出口側は、部分３６ｃの前記各電磁三方弁４８が設けられた部分より下流側に連結されている。電磁三方弁４８は、部分３６ｃを流れる熱媒体を熱交換部３６ｂの入口側へのみ通過可能な第１の状態と、部分３６ｃを流れる熱媒体を熱交換部３６ｂの入口側ではなく部分３６ｃの下流側へのみ通過可能な第２の状態とに切換可能に構成されている。部分３６ｃのラジエータ３５の入口付近には、ラジエータ３５に流れ込む熱媒体の温度を検知する温度センサ４９が設けられている。

前記コンプレッサ３４、モータ４４、ポンプ４６、電磁三方弁４７，４８は、燃料電池システム３２の制御装置５０からの指令によって運転あるいは切換え制御されるようになっている。ポンプ４６は制御装置５０からの指令信号に基づいて駆動、停止及び流量変更が可能になっている。制御装置５０には、温度センサ４９の検出信号と、燃料電池３３の温度を検出する温度センサ（図示せず）の検出信号と、水素タンク３１内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）の検出信号とが入力される。制御装置５０は、温度センサ４９の検出信号に基づき、ラジエータ３５に流れ込む熱媒体の温度の情報を後記する水素ステーション１１の駆動制御装置１９に無線により送信するようになっている。

図１に示すように、水素ステーション１１の蓄ガス設備１２は、所定圧力で水素ガスが充填された複数のボンベ１５ａが配管１５ｂで連結された水素カードルで構成されている。図１では便宜上ボンベ１５ａを３本図示しているが、ボンベ１５ａの本数は例えば１０本以上である。各ボンベ１５ａには満充填状態において所定圧力（例えば、４４ＭＰａ）に水素ガスが充填されている。

ディスペンサ１３は、先端にカプラ１６を備えたホース１７を備えるとともに、図示しない質量流量計、流量調整弁、開閉弁等を装備して、水素カードルから供給される水素ガスをホース１７を介して充填する公知の構成となっている。ディスペンサ１３は、カプラ１６が水素タンク３１への水素充填口４２ａに連結されると、自動的に水素の充填を開始するようになっている。

ディスペンサ１３は、ディスペンサ１３から水素タンク３１への水素充填が開始されたことを検知する検知手段を備えている。この実施形態では前記検知手段として、ディスペンサ１３のホース１７に設けられたカプラ１６が水素タンク３１への水素充填口４２ａに連結された時にオンとなるスイッチ１８で構成されている。

送風機１４は、水素ステーション１１に設けられた所定の車両停止位置に停車した状態の車両３０のラジエータ３５に向かって風を吹き付けることが可能な位置に設置されている。送風機１４は、車両３０に搭載されたラジエータ３５用のファン４５の最高風速（例えば、２ｍ／ｓ）より大きな風速（例えば、６ｍ／ｓ以上）で駆動可能に構成されている。送風機１４は、駆動制御装置１９によって駆動制御される。駆動制御装置１９は、前記スイッチ１８からのオン信号、即ちディスペンサ１３から水素タンク３１への水素充填が開始されたことの検知信号に基づいて、送風機１４を駆動する。

送風機１４は、可変制御可能なモータ１４ａを備えている。駆動制御装置１９は水素充填時に車両３０の制御装置５０からラジエータ３５の熱負荷に関する情報、この実施形態ではラジエータ３５に流れ込む熱媒体の温度を受信して、熱負荷に合わせて送風機１４の風量を調整するようにモータ１４ａに制御信号を出力する。即ち、送風機１４は、熱負荷に合わせて風量が調整されて駆動されるようになっている。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
燃料電池３３は、環境温度が燃料電池３３の発電が可能な予め設定された温度（設定温度）以上の場合に通常運転が行われる。制御装置５０は環境温度を計測する温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて、環境温度が前記設定温度以上であれば始動時から通常運転を行い、環境温度が設定温度未満の場合には暖機を行った後、通常運転に移行する。通常運転時には、水素タンク３１から水素が燃料電池３３のアノード電極側に供給される。また、コンプレッサ３４が駆動されて、空気が所定の圧力に加圧されて燃料電池３３のカソード電極側に供給される。

また、固体高分子型燃料電池は、８０℃程度で効率よく発電が行われるが、水素と酸素との化学反応は発熱反応のため、発電を継続すると、反応熱のため燃料電池３３の温度が８０℃程度の適正温度より上昇する。この温度上昇を防止するため、熱媒流路３６内をラジエータ３５で冷却された熱媒体が循環される。また、水素吸蔵合金ＭＨからの水素の放出は吸熱反応のため、反応を円滑に進めるためには水素吸蔵合金ＭＨを加熱する必要があり、燃料電池３３の冷却後の温まった熱媒体が水素吸蔵合金ＭＨの加熱に使用される。

制御装置５０は、燃料電池３３の運転時には、電磁三方弁４７を熱媒体が熱交換部３６ａの入口に供給される状態に保持するとともに、水素タンク３１内の圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて、各電磁三方弁４８を切換制御する。制御装置５０は、水素タンク３１内の圧力が予め設定された第１の設定圧力以下になると熱媒体が水素タンク３１を加熱する状態、即ち熱媒体が熱交換部３６ｂを流れる状態に電磁三方弁４８を切り換える指令信号を出力する。また、水素タンク３１内の圧力が予め設定された第２の設定圧力以上になると、熱媒体が水素タンク３１内を流れない状態に電磁三方弁４８を切り換える指令信号を出力する。

制御装置５０は、全ての水素タンク３１において、熱媒体による加熱を予め設定された所定時間継続しても第１の設定圧力に達しない状態になった時点で水素の充填が必要と判断する。そして、報知手段（例えばランプ等の表示部）を駆動させる。

水素タンク３１に水素ガスを充填（貯蔵）する際、即ち水素吸蔵合金ＭＨに水素ガスを吸蔵させる場合は、車両３０は水素ステーション１１の所定停車位置に停車する。車両３０が水素ステーション１１の所定停車位置に停車すると、図１に示すように、車両３０の前側に配置されたラジエータ３５が送風機１４と対向する状態となる。燃料電池システム３２の制御装置５０は、熱媒体が燃料電池３３の熱交換部３６ａに供給されずに部分３６ｃを流れる状態に切り換える指令信号を電磁三方弁４７へ出力する。また、制御装置５０からの指令信号により各電磁三方弁４８は熱媒体を水素タンク３１の熱交換部３６ｂへ供給する状態に切り換えられる。従って、ラジエータ３５で冷却された熱媒体は燃料電池３３の熱交換部３６ａを経ずに各水素タンク３１の熱交換部３６ｂに供給される状態となる。

また、ディスペンサ１３のカプラ１６が水素充填口４２ａに連結されると、制御装置５０はファン４５の駆動を停止させ、ポンプ４６の駆動のみ継続するように制御を行う。ファン４５の駆動を停止させるのは、水素充填中は水素ステーション１１の送風機１４が駆動されて、ラジエータ３５に対してファン４５と反対側からファン４５からラジエータ３５に対して吹き付けられる風より強い風が吹き付けられるため、ファン４５からの風がラジエータ３５の冷却に対して寄与が少ないためである。

一方、ディスペンサ１３のカプラ１６が水素充填口４２ａに連結されると、水素タンク３１への水素充填が自動的に開始される。また、スイッチ１８がオンとなり、水素ステーション１１の駆動制御装置１９は、スイッチ１８のオン信号に基づいてモータ１４ａに駆動制御指令を出力して送風機１４を駆動する。その結果、送風機１４の風が車両３０のラジエータ３５向かって吹き付けられ、ラジエータ３５の放熱機能が車両３０に装備されたファン４５による場合に比較して高くなる。

水素カードルから水素タンク３１内に供給された水素ガスは、水素吸蔵合金ＭＨと反応して水素化物となって水素吸蔵合金ＭＨに吸蔵される。水素の吸蔵反応は発熱反応であるので、水素の吸蔵反応で発生した熱を除去しないと吸蔵反応が円滑に進行しない。しかし、熱媒流路３６を流れる熱媒体が、ラジエータ３５で効率良く冷却され、燃料電池３３の熱交換部３６ａを流れず、部分３６ｃ、熱交換部３６ｂを通って水素タンク３１とラジエータ３５との間で循環する状態となるため、水素吸蔵合金ＭＨの発熱が熱媒体で除去されて吸蔵反応が円滑に進行する。その結果、例えば、外気温度３０℃、熱媒体の流速６０Ｌ／ｍｉｎ、送風機１４の風速６ｍ／ｓ以上の条件で、水素タンク３１が空の状態から５分で満タン（充填量５ｋｇ）の９５％（４．７５ｋｇ）以上の水素を充填させることができる。

また、制御装置５０は、送風機１４の風量を熱負荷に合わせて、即ちラジエータ３５を通過する熱媒体の温度に対応して調整するように送風機１４を駆動制御する。水素タンク３１を冷却する場合、水素の充填開始から一定の送風量で風を吹き付ける場合は送風機１４の制御が簡単となる。しかし、ラジエータ３５で冷却する熱負荷は一定ではない。従って、送風量を一定として短時間で水素充填を行う場合、送風機１４の送風量は熱負荷が最大のときに合わせた送風量で水素充填完了まで駆動されるため、熱負荷が少ないときには無駄なエネルギーを消費することになる。しかし、この実施形態では、送風機１４は、熱負荷に合わせて風量が調整されて駆動されるため、同じ充填時間であってもエネルギー消費量を少なくできる。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）水素ステーション１１は、所定圧力で水素ガスが充填された蓄ガス設備１２と、蓄ガス設備１２から供給される水素ガスを車載の水素タンク３１に充填するディスペンサ１３と、車両３０のラジエータ３５に向かって風を吹き付けることが可能な送風機１４とを備えている。従って、車両３０の水素タンク３１に水素を充填する際、車両３０側に設けられた水素タンク３１の冷却系のラジエータ３５に向かって送風機１４から送風することにより、一般的な車両に搭載されるラジエータ冷却用のファン４５より単位時間当たり多量の風を吹き付けることができる。その結果、車載のファン４５を使用する場合に比較して短時間で水素充填を行うことができる。また、車両３０側の冷却構造を変更することなく実施することができる。

（２）駆動制御装置１９は、ディスペンサ１３から水素タンク３１への水素充填が開始されたことを検知する検知手段（スイッチ１８）を備え、前記検知手段からの検知信号に基づいて、送風機１４を駆動する。従って、冷却が必要な時に送風機１４が自動的に駆動される。

（３）ディスペンサ１３から水素タンク３１への水素充填が開始されたことを検知する検知手段は、ディスペンサ１３のホース１７に設けられたカプラ１６が水素タンク３１への水素充填口４２ａに連結された時にオンとなるスイッチ１８で構成されている。従って、検知手段の構成が簡単になる。

（４）駆動制御装置１９は、熱負荷に合わせて送風機１４の風量を調整して駆動する。水素の充填開始から一定の送風量で風を吹き付ける場合は送風機１４の制御が簡単となるが、ラジエータ３５で冷却する熱負荷は一定ではないため、送風量を一定として短時間で水素充填を行うと送風機１４が無駄なエネルギーを消費することになる。しかし、送風機１４は、熱負荷に合わせて風量が調整されて駆動されるため、同じ充填時間であってもエネルギー消費量を少なくできる。

（５）燃料電池システム３２は水素タンク３１を複数本備え、各水素タンク３１に熱媒体を供給する熱媒流路３６は、ラジエータ３５で冷却された熱媒体が、各水素タンク３１を順に通過する状態と、選択された水素タンク３１のみを通過する状態とに切換可能な電磁三方弁４８を備えている。従って、制御装置５０からの指令信号により、各水素タンク３１で適正な状態となるように熱媒体の移動経路を変更することができ、水素タンク３１内の水素吸蔵合金ＭＨの加熱及び冷却を適正に行うことが容易になる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図３に従って説明する。この実施形態は、水素ステーション１１に冷却手段が設けられ、送風機１４は前記冷却手段で外気より低温に冷却された状態の風をラジエータ３５に向かって吹き付けるようになっている点が前記第１の実施形態と異なっており、その他の構成は同じである。前記第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図３に示すように、車両３０の停車位置と送風機１４との間に、冷凍機の一部を構成する蒸発器の部分が冷却手段２０として配置されている。冷凍機を構成する他の部分（圧縮機、凝縮器、膨張弁等）は図示しない。冷凍機には、例えば、公知の構成の冷凍機が使用される。冷却手段２０は冷凍サイクルの冷媒回路内を循環する冷媒の経路を構成する配管の表面積が大きくなるように配管が蛇行状態となるように形成され、送風機１４から送風される風との熱交換が効率良く行われるようになっている。

従って、この実施形態においては、前記第１の実施形態の効果（１）〜（５）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（６）送風機１４は、冷却手段２０で外気より低温に冷却された状態の風をラジエータ３５に向かって吹き付ける。従って、ラジエータ３５における放熱能力が向上し、外気をそのまま吹き付ける場合に比較して、水素タンク３１を冷却する熱媒体の温度が低下し、水素充填時間をより短縮することができる。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図４に従って説明する。この実施形態は、水素ステーションでの水素充填時に、車載のラジエータ３５に対して外部に設けられたファン、即ち水素ステーションに設けられた送風機１４から吹き付けられた風が効率よくラジエータ３５を冷却できる車両３０に関するものである。水素ステーションに関しては前記第１の実施形態同じ構成であり、車両３０に搭載された燃料電池システムも第１の実施形態と同じである。前記第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

車両３０は、前側に内燃機関を駆動源とした車両におけるエンジンルームに相当する室５１を備えている。ラジエータ３５は室５１内の車両３０の前側寄りに設置されている。室５１の上部開口を覆うボンネット５２には、少なくともラジエータ３５の前側と対応する部分のフロントグリル５３が一体に形成され、ボンネット５２が開放された状態においてラジエータ３５の前側が露出されるように構成されている。

この実施形態の車両３０は、図３に鎖線で示すように、ボンネット５２が開放された状態で水素ステーション１１における水素タンク３１への水素充填が行われる。通常の車両は、エンジンルーム内の前側寄りにラジエータが配置されており、ラジエータと対応する部分は外気を進入させるためと、ラジエータ用のファンの風が通り抜けるためとにフロントグリルが設けられて風とおしが良くなっている。しかし、格子状、ラダー状等の隔壁であるフロントグリルが存在するため、その分の抵抗が存在する。ところが、この実施形態の車両３０は、ボンネット５２を開けると、フロントグリル５３のうち少なくともラジエータ３５の前側の部分がボンネット５２と共に移動してラジエータ３５が露出する状態になる。そして、その状態でラジエータ３５が送風機１４からの送風を受けるため、ラジエータ３５の放熱効果がより向上し、フロントグリル５３が移動しない構成の場合に比較して短時間での水素充填が可能になる。なお、水素ステーション１１や車両３０の他の構成に関しては、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 水素タンク３１への水素充填が開始されたことを検知する検知手段は、ディスペンサ１３のホース１７に設けられたカプラ１６が水素タンク３１への水素充填口４２ａに連結された時にオンとなるスイッチ１８に限らない。例えば、ディスペンサ１３の水素の流れを検知する流量検知装置を検知手段として、流量検知装置が水素の流れを検知した検知信号に基づいて駆動制御装置１９が送風機１４の駆動を開始するようにしてもよい。一般にディスペンサ１３は、質量流量計を備えているため、質量流量計が流量検知装置として機能する。従って、新たに流量検知装置を設ける必要はない。

○ 前記検知手段として、水素タンク３１の発熱を検知するセンサを設け、該センサが水素タンク３１の発熱を検知した際、その情報を車両３０側から水素ステーション１１の駆動制御装置１９に送信する構成としてもよい。

○ 水素ステーション１１での水素充填時に、車載のラジエータ３５に外部に設けられたファン、即ち水素ステーション１１に設けられた送風機１４から吹き付けられた風が効率よくラジエータ３５を冷却できる車両３０の構成は第３の実施形態の構成に限らない。例えば、ラジエータ３５が設置された室５１の外から該ラジエータ３５に向かって吹き付けられてラジエータ３５を通過した風を室５１の外へ円滑に排出する経路を設けてもよい。例えば、図５に示すように、室５１の上側開口を覆うボンネット５２が閉じた状態において、ラジエータ３５の近傍となる位置に開閉可能な蓋５４を設ける。蓋５４は、走行中は閉じた状態に保持されており、水素充填時には鎖線で示すように、前記蓋５４が開けられる。そして、送風機１４からラジエータ３５に吹き付けられてラジエータ３５を通過した風が、室５１の外へ円滑に排出される経路５５（図５に矢印で図示）が形成される。

ラジエータ３５が設置された室５１内には、通常種々の部品が収納されており、ラジエータ３５に対して室５１外から吹き付けられた風が室５１外に抜け難い構成になっている。しかし、この実施形態では、水素ステーション１１における水素タンク３１への水素充填の際、前記蓋５４を開けた状態で送風機１４を駆動させると、ラジエータ３５に対して室５１外から吹き付けられて、ラジエータ３５を通過した風は、経路５５の存在により室５１外へ円滑に排出される。従って、ラジエータ３５の放熱効果が向上し、経路５５が存在しない場合に比較して短時間での水素充填が可能になる。蓋５４は、走行中は閉じた状態に保持されるため、走行時には前記経路５５は形成されず、走行時における室５１内の空気の流れに影響を与えない。

○ 水素ステーション１１の蓄ガス設備１２は、満充填時の水素タンク３１内の圧力より大きな圧力で水素ガスが充填された複数のボンベ１５ａからなる水素カードルで構成されたものに限らない。例えば、ボンベ１５ａより大きな高圧タンクを使用してもよい。

○ 水素ステーション１１は固定式（定置式）のものに限らず、水素ステーション１１全体がトレーラ等あるいはコンテナ上に設置された移動式のものであってもよい。この場合、例えば、家庭用電源として燃料電池が普及した場合に、各家庭に設置される水素源としての水素タンクに充填するのが容易になる。

○ 水素吸蔵合金ＭＨが収容された水素タンク３１を搭載した車両３０の水素タンク３１への水素充填に限らず、水素吸蔵合金が収容されていない水素タンクを搭載した車両３０の水素タンクへの水素充填に使用してもよい。水素吸蔵合金が収容されていない水素タンクの場合は、車両３０に搭載されたラジエータ３５用のファン４５によっても冷却は可能であるが、水素ステーション１１の送風機１４を使用した場合に比較して短時間で充填が完了するとともに、車両３０側でファン４５を駆動するための電力を消費する必要がない。

○ 水素タンク３１を複数本搭載する場合、各水素タンク３１に同時に水素ガスが充填される構成に限らず、各水素タンク３１への分岐配管毎にバルブを設け、１本ずつ順に充填可能にしてもよい。

〇 水素カードルのボンベ１５ａ及び水素タンク３１に満充填した時の圧力は前記の圧力に限定されない。例えば、燃料電池自動車に搭載される水素タンク３１には満充填の際の圧力が２５ＭＰａのものもあり、その場合、ボンベ１５ａの圧力は４４ＭＰａより低くてもよい。

○ 水素ステーション１１は、水素タンク３１に満充填した時の圧力より低い圧力の水素ガスが蓄ガス設備１２のボンベ１５ａやタンクに充填されており、ボンベ１５ａやタンクの水素ガスを圧縮器で圧縮して加圧した水素ガスを水素タンク３１へ供給する構成としてもよい。この場合、最初から高圧で多量の水素ガスを貯蔵する必要がない。

○ 蓄ガス設備１２へ供給・充填される水素は、単に運ばれてきた水素だけでなく、水素ステーション１１で化石燃料を改質して水素を発生させても良いし、水を電気分解して水素を発生させても良い。

○ 送風機１４は所定位置に固定されて配置された構成に限らず、移動可能な台車上に固定され、停車した車両３０のラジエータ３５と対向する位置へ移動配置可能な構成としてもよい。この場合、車両３０に搭載されたラジエータ３５の設置箇所が車両３０の前側ではなく、後側の場合でも容易に対応することができる。

○ 燃料電池３３は固体高分子型の燃料電池に限らず、リン酸型燃料電池やアルカリ型燃料電池等、燃料電池を冷却するのに熱媒体を使用する燃料電池であればよい。
○ 車両３０に搭載される水素タンク３１の本数は４本に限らず、３本以下あるいは５本以上としてもよい。即ち、燃料電池システム３２は、１つの燃料電池３３と複数の水素タンク３１とが連結された構成であっても、１つの燃料電池３３に１つの水素タンク３１から水素を供給するシステムであってもよい。

○ 水素タンク３１は水素吸蔵合金以外の水素吸蔵材、例えば、活性炭素繊維（activated carbon fiber）や単層カーボンナノチューブを収容した構成としてもよい。
〇 車両３０は、燃料電池自動車に限らず、水素エンジンを搭載した水素エンジン車であってもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項２に記載の発明において、前記検知手段は、ディスペンサのホースに設けられたカプラが水素タンクへの水素充填口に連結された時にオンとなるスイッチで構成されている。

（２）請求項６に記載の発明において、前記経路は閉じた状態においてラジエータの後側に位置するボンネットの部分に開閉可能に形成された蓋を開放することにより形成されるようになっている。

（３）水素タンクを冷却するための熱媒体が流れる熱媒流路と、前記熱媒流路に流れる熱媒体を冷却するラジエータを備えた車両に搭載された水素タンクに、水素ステーションにおいて水素ガスを充填する際、前記水素ステーションに設けられ、かつ車両に搭載されたラジエータ用のファンより風量の大きな送風機で前記ラジエータを冷却しながら水素充填を行う水素充填方法。

第１の実施形態の水素ステーションと、水素タンクとの関係を示す概略構成図。 燃料電池、水素タンク及び熱媒体の流通経路を示す模式図。 第２の実施形態の水素ステーションと車両の関係を示す概略構成図。 第３の実施形態の水素ステーションと車両の関係を示す概略構成図。 別の実施形態の水素ステーションと車両の関係を示す概略構成図。

符号の説明

１１…水素ステーション、１２…蓄ガス設備、１３…ディスペンサ、１４…送風機、１８…検知手段としてのスイッチ、１９…駆動制御装置、２０…冷却手段、３０…車両、３１…水素タンク、３５…ラジエータ、３６ｃ…部分、５１…室、５２…ボンネット、５３…フロントグリル、５５…経路。

Claims (6)

1. 水素ガスが充填された蓄ガス設備と、
   前記蓄ガス設備から供給される水素ガスを車載の水素タンクに充填するディスペンサと、
   車両のラジエータに向かって風を吹き付けることが可能な送風機と
   を備えた水素ステーション。
2. 前記ディスペンサから前記水素タンクへの水素充填が開始されたことを検知する検知手段を備え、前記検知手段からの検知信号に基づいて、前記送風機を駆動する駆動制御装置を備えた請求項１に記載の水素ステーション。
3. 前記送風機は、冷却手段で外気より低温に冷却された状態の風を前記ラジエータに向かって吹き付ける請求項１又は請求項２に記載の水素ステーション。
4. 前記送風機は、熱負荷に合わせて風量が調整されて駆動される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の水素ステーション。
5. 水素を燃料として水素タンクを搭載するとともに、前記水素タンクへ水素ガスを充填する際に水素タンク冷却用に使用するラジエータを備えた車両であって、
   前記ラジエータは車両の前側に設けられた室内に設置され、前記室の上部開口を覆うボンネットには、少なくとも前記ラジエータの前側と対応する部分のフロントグリルが一体に形成され、ボンネットが開放された状態においてラジエータの前側が露出されるように構成されている車両。
6. 水素を燃料として水素タンクを搭載するとともに、前記水素タンクへ水素ガスを充填する際に水素タンク冷却用に使用するラジエータを備えた車両であって、
   前記ラジエータが設置された室の外から該ラジエータに向かって吹き付けられてラジエータを通過した風を前記室の外へ円滑に排出する経路が設けられている車両。

Images