JP4379043B2 - 水素供給ステーション及びその使用方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池自動車、水素エンジン自動車などの水素を燃料として走行する車両に搭載される車載用水素充填タンクに水素を供給するための水素供給ステーションに関する。
近年の環境問題に対応する車両として、水素を燃料とした自動車、具体的には燃料電池自動車、水素エンジン自動車などの開発が活発に行われている。このような水素を燃料とする車両の普及を促進するには、車両に搭載される車載用水素充填タンクに対して、安定して効率よく水素を供給する機能を備えた水素供給ステーションを開発する必要がある。
これまでに提案されている技術としては、次のようなものがある。
例えば、特許文献1、2は、水素吸蔵合金MHタンクヘの充填に関するものであって、そこには、水素供給の経路の他に、熱媒体が通る2つの通路を設け、熱媒体によりMHタンクと供給ステーション間の熱輸送を促進する方法が示されている。この方法は、MH吸蔵に伴う発熱、放出に伴う吸熱を供給管を介して一部相殺することを狙ったものである。
特許文献3は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、タンク圧力に応じた水素充填速度調整機構が示されている。そして、タンク内部圧力の低い状態では低流量で供給し、タンク内部圧力の上昇に伴い流量を増加していくことが示されている。
特許文献4は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、高圧タンクに設置したサブコンテナの温度管理によりタンクヘの充填・放出をスムーズに行うものが示されている。そして、高速充填時には、サブコンテナに冷却水を供給し、タンク内圧力が低下したことにより水素充填の必要性が出た場合には、自動的に冷却水をサブコンテナに供給することが示されている。
しかしながら、上記従来の技術は、いずれも基本的に高圧MHタンクあるいは高圧ボンベヘの高速充填達成を目的としたものであるが、次のような問題点が存在する。
即ち、上記特許文献1、2、4においては、車両側タンクと供給側タンク間の熱交換を達成するために、車両側タンク内に比較的複雑な構造の熱交換器構成を必要とする。そのため、従来の上記車載用水素充填タンクは、構造が複雑、軽量化が困難、製造コストが高くなるなどの問題がある。
また、特許文献3においては、内部圧力および温度マップを参考に水素充填速度を調整するものであって、穏やかに水素充填を行うので、高速充填を達成することができない。
特開2000−128502号公報 特開2001−324095号公報 特開2001−355795号公報 特開2002−89793号公報
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、車載用水素充填タンクへの水素の充填作業を安全に効率よく行うことができる水素供給ステーション及びその使用方法を提供しようとするものである。
第1の発明は、車両に搭載された車載用水素充填タンクに対して水素を供給するための水素供給ステーションであって、
上記車載用水素充填タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクと、該水素供給タンクと上記車載用水素充填タンクとの間の水素の供給経路を形成する水素供給ラインとを有してなり、
上記水素供給タンクは、備蓄する水素圧力のレベルを示す圧力ステージを複数段に異ならせて各圧力ステージに対して1つの備蓄タンクが存在するように構成されていると共に、上記水素供給ラインに接続する上記備蓄タンクを切り替える切り替え装置に連結されており、
かつ、上記複数の備蓄タンクのうち圧力ステージが最も下段の第1タンクには、外部の水素供給源に接続される供給口が設けられており、上記第1タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ下段の備蓄タンクから水素を昇圧して導入する昇圧導入路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーションにある(請求項1)。
本発明の水素供給ステーションは、上記のごとく、圧力ステージを複数段に異ならせた複数の備蓄タンクを有しており、上記切り替え装置によって、水素供給ラインに接続する備蓄タンクを切り替えることができるように構成されている。そのため、水素の供給先である車載用水素充填タンクの種類や充填状態に応じて使用する備蓄タンクを変更することができる。また、使用する備蓄タンクの変更によって、供給すべき水素の圧力を容易に変更することができる。それ故、接続された車載用水素充填タンクごとに、最適な供給条件を容易に実現することができ、車載用水素充填タンクへの安全で効率のよい水素充填作業を行うことができる。
また、上記水素供給ステーションは、上記のごとく、上記第1タンクに外部の水素供給源に接続される供給口を設けてあり、かつ、上記第1タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ下段(低い)の備蓄タンクから水素を昇圧して導入する昇圧導入路が接続されている。
この構成を備えることにより、後述する第2発明の方法を確実に実行することができる。
さらには、ある特定の圧力ステージ備蓄タンク内の水素備蓄量が大きく減少した場合に、その備蓄タンクよりも圧力ステージが低い備蓄タンクから昇圧して水素を補給することができる。それ故、外部からの水素供給を行うことができない場合でも、ある程度は特定の備蓄タンクに対して水素の補給を行うことができる。
なお、上記昇圧導入路としては、例えば、昇圧装置及び各種の開閉弁を含む流路によって構成することができる。
第2の発明は、車両に搭載された車載用水素充填タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクを有し、該水素供給タンクが、備蓄する水素圧力のレベルを示す圧力ステージを複数段に異ならせて各圧力ステージに対して1つの備蓄タンクが存在するように構成されている水素供給ステーションを使用する方法であって、
該水素供給ステーションに水素を充填するに当たっては、上記複数の備蓄タンクのうち圧力ステージが最も下段の第1タンクに外部の水素供給源を接続して、該第1タンクに上記水素供給源から水素を充填し、
上記第1タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ下段の備蓄タンクから水素を昇圧して供給し充填することを特徴とする水素供給ステーションの使用方法にある(請求項6)。
本発明の水素供給ステーションの使用方法においては、上記のごとく、圧力ステージの異なる複数の備蓄タンクに水素を充填する場合に、最も低い圧力ステージ上記第1タンクに外部の水素供給源を接続して行う。そして、他の備蓄タンクには、1つ下段の圧力ステージ備蓄タンクから水素を昇圧して供給する。このような方法を採用することにより、外部の水素供給源との接続は上記第1タンクだけでよく、その接続作業を簡素化することができる。また、各備蓄タンクへの水素の供給が1つ下段の圧力ステージの備蓄タンクから行われるので、水素を昇圧する際に、その圧力差分だけ昇圧すればよく昇圧量を小さく抑えることができる。
そして、このような水素供給タンクへの水素の充填作業を容易化することによって、上記水素供給ステーションをより有効に活用することができる。
上記第1の発明の水素供給ステーションにおいては、上記複数の備蓄タンクのうち圧力ステージが最も上段の最高圧タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ上段の(高い)備蓄タンクから水素を補う補給路が接続されていることが好ましい(請求項2)。
この場合には、ある特定の圧力ステージ備蓄タンク内の水素備蓄量が大きく減少した場合には、その備蓄タンクよりも圧力ステージが高い備蓄タンクから水素を補給することができる。それ故、外部からの水素供給を行うことができない場合でも、ある程度は特定の備蓄タンクに対して水素の補給を行うことができる。
また、上記各備蓄タンクには、上記水素供給ラインに連結される水素回収路が接続されており、上記水素供給ライン内又は上記切り替え装置内の余剰の水素を上記備蓄タンクに回収可能に構成されていることが好ましい(請求項3)。水素供給ステーションから車載用水素充填タンクへの水素供給が完了した時点などには、上記水素供給ライン内に余剰の水素が残存する場合がある。この場合に、上記水素回収路を利用することにより、可能な限り上記備蓄タンクのいずれかに上記余剰の水素を戻すことができる。具体的な水素回収路としては、複数の開閉弁あるいは切替弁によってすべての備蓄タンクに接続された構造とすることが好ましい。この場合には、残存している余剰水素の圧力に応じて、回収が容易な備蓄タンクを選択することができる。
また、上記複数の圧力ステージのうち最も利用率の高い圧力ステージ上記備蓄タンクの容積を、他の圧力ステージ上記備蓄タンクの容積よりも大きくしてあることが好ましい(請求項4)。この場合には、最も利用率の高い圧力ステージの備蓄タンクが早期に空になることを抑制し、外部からの水素補充を行う間隔を長くして、より安定した水素供給ステーションの使用状態を得ることができる。
なお、上記の最も利用率の高い圧力ステージは、例えば、車載用水素充填タンクの種類とその割合などのデータを基にしてシミュレーションを行う方法や、実際に運営して統計的に求める方法によって求めることが可能である。
また、上記複数の圧力ステージのうち最も利用率の高い圧力ステージよりも下段の圧力ステージ間の圧力差が、上記最も利用率の高い圧力ステージよりも上段の圧力ステージ間の圧力差よりも小さいことが好ましい(請求項5)。この場合には、車載用水素充填タンクへの水素供給時に、最も圧力ステージの小さい上記第1タンクから順次高圧の備蓄タンクに切り替える際に、よりきめ細かく早期に圧力設定を行うことができる。それ故、より効率的に水素充填作業を行うことができる。
次に、上記第2の発明においては、上記車載用水素充填タンクに対して水素を供給することにより特定の上記備蓄タンク内における水素圧力が所定圧力以下に低下した場合には、当該備蓄タンクよりも圧力ステージが1つ下段の上記備蓄タンク内の水素を昇圧して補充することが好ましい(請求項7)。この場合には、最も圧力差の小さい1つ下段の備蓄タンクからその圧力差分だけ昇圧して補充することができ、比較的容易に特定の備蓄タンクに水素補充を行うことができる。昇圧は、例えば昇圧ポンプなどによって行うことができる。
また、上記車載用水素充填タンクに対して水素を供給することにより特定の上記備蓄タンク内における水素圧力が所定圧力以下に低下した場合には、当該備蓄タンクよりも圧力ステージが1つ上段の上記備蓄タンク内の水素を減圧して補充することことも好ましい(請求項8)。この場合には、最も圧力差の小さい1つ上段の備蓄タンクからその圧力差分だけ減圧して補充することができ、比較的容易に特定の備蓄タンクに水素補充を行うことができる。この場合の減圧は、例えば減圧弁などを用いて行うことができる。
また、上述した1つ下段の備蓄タンクからの補充と、上記1つ上段の備蓄タンクからの補充とを組み合わせることによって、よりきめ細かい水素分配を行うことができ、外部から水素供給ステーションへの水素補給がない期間においても安定した運用を実現することができる。
(実施例1)
本発明の実施例に係る水素供給ステーションにつき、図1を用いて説明する。
本例の水素供給ステーション1は、図1に示すごとく、車両に搭載された車載用水素充填タンク9に対して水素を供給するための水素供給ステーションである。
上記車載用水素充填タンク9に供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンク10と、該水素供給タンク10と車載用水素充填タンク9との間の水素の供給経路を形成する水素供給ライン3とを有してなる。
水素供給タンク10は、備蓄する水素圧力のレベルを示す圧力ステージを複数段に異ならせた複数の備蓄タンク11〜17により構成されていると共に、水素供給ライン3に接続する備蓄タンク11〜17を切り替える切り替え装置4に連結されている。
また、複数の備蓄タンク11〜17のうち圧力ステージが最も下段の第1タンク11には、外部の水素供給源に接続される供給口61が設けられており、上記第1タンク11以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ下段の備蓄タンクから水素を昇圧して導入する昇圧導入路62がそれぞれ接続されている。
以下、さらに詳説する。
本例の水素供給ステーション1は、図1に示すごとく、水素供給タンク10として、7つの備蓄タンク11〜17、すなわち、第1タンク11、第2タンク12、...第7タンク17を有している。第1タンク11が最も低い最下段の圧力ステージものであり、順次、第2タンク12、第3タンク13と所定値ずつ圧力を高めた上段の圧力ステージに属し、第7タンク17が最も高い最上段の圧力ステージ備蓄タンクである。
各備蓄タンク11〜17の下流側には、複数のバルブ(図示略)を組み合わせて構成された切り替え装置4が接続され、この切り替え装置4の操作によって水素供給ライン3に接続される備蓄タンクを選択するようになっている。
また、同図に示すごとく、各備蓄タンク11〜17には、水素供給ライン3に連結される水素回収路5が、上記昇圧導入路62を含む戻り切り替え装置6を介して接続されており、水素供給ライン3内又は切り替え装置4内の余剰の水素を備蓄タンク11〜17に回収可能に構成されている。戻り切り替え装置6は、複数のバルブ(図示略)を組み合わせて構成される。
また、本例では、同図に示すごとく、水素供給ライン3には、水素供給ライン3に接続される車載用水素充填タンク9に対して水素を送る通路である充填パス31と、車載用水素充填タンク9から放出される水素を通す通路である放出パス32とを有している。この放出パス32と充填パス31とが繋がることにより、これらの通路は水素が循環する循環パスを構成する。
また、放出パス32には、流れてきた水素を冷却するための熱交換器39を設けてあると共に、水素の循環を促すためのポンプ38も設けてある。熱交換器39には、別途設けた冷媒流路385に接続され、冷媒を循環させるように構成してある。
また、水素供給ライン3は、上記充填パス31に配設された逆止弁313と放出パス32に配設された逆止弁323とを有している。また、車載用水素充填タンク9のバルブ部90には、上記充填パス31に対応する通路に配置された逆止弁913と、上記放出パス32に対応する通路に配置された逆止弁923とを設けてある。
また、水素供給ライン3における上記充填パス31と放出パス32との分岐点には三方弁71を配置してあり、また、水素供給ライン3から上記水素回収路5が分岐する分岐点にも三方弁72を配置してある。
また、本例では、切り替え装置4の下流側に水素の流量を測定する流量計81を配置し、さらに、水素回収路5内にも流量計82を配置した。これらの流量計81、82、三方弁71、72、切り替え装置4、及び戻り切り替え装置6は、図示しない制御装置に電気的に接続され、制御装置の指示に従って動作する。特に、上記切り替え装置4は、流量計81によって測定される水素流量を基にして接続する上記備蓄タンク11〜17を切り替えるよう構成されている。
なお、本例では、図1に示すごとく、水素供給ライン3を構成する充填パス31と放出パス32とを、車載用水素充填タンク9の異なる端部に分かれたバルブ部90に接続するよう図示してあるが、車載用水素充填タンク9のバルブ部90を1箇所にまとめ、その1箇所に充填パス31と放出パス32とを接続する構造をとることも可能であり、むしろその方が好ましい。
次に、本例の水素供給ステーション1によって車載用水素充填タンク9に水素を供給する場合の使用方法につき説明する。
本例の水素供給ステーション1に接続された車載用水素充填タンク9に水素を充填するに当たっては、まず、切り替え装置4の操作によって、圧力ステージが最も低い第1タンク11を水素供給ライン3に接続する。そして、三方弁71、72を操作して、第1タンク11から充填パス31を用いて車載用水素充填タンク9に水素を圧送する。
また、車載用水素充填タンク9からは放出パス32を用いて、充填された水素の一部を放出する。これにより、放出される水素は、これ自体が熱媒体となって車載用水素充填タンク9内の熱を外部に導き、車載用水素充填タンク9の急激な温度上昇を抑制する効果を発揮する。また、放出パス32に放出された水素は、熱交換器39によって冷却され、ポンプ38を介して再び三方弁71から充填パス31に戻される。
このようにして第1タンク11からの水素充填が進んでくると、第1タンク11内の水素圧力と車載用水素充填タンク9内の水素圧力の差異が縮まってくる。これにより、充填される水素の流量が低下し、充填速度が低下する。このことは、流量計81による水素流量の測定により把握することができる。
本例の水素供給ステーション1では、流量計81により測定した水素流量が所定値を下回った時点で、切り替え装置4を操作して接続する備蓄タンクを1つ上段の圧力ステージのものに切り替える。
すなわち、本例では、車載用水素充填タンク9に対して水素を供給するに当たっては、最初に上記第1タンク11を車載用水素充填タンク9に接続して水素の供給を開始し、その後、供給する水素流量が所定値未満の場合には、車載用水素充填タンク9に接続する備蓄タンクを順次1つ上段の圧力ステージ備蓄タンクに切り替えて水素の供給を行う。この充填方法を用いることにより、備蓄タンク11〜17と車載用水素充填タンク9との間の圧力差を適正に保って効率のよい水素充填作業を実現することができる。
また、上記流量計81による累積流量を測定することにより、車載用水素充填タンク9への充填量が所定量に達したことを把握することができ、その時点で水素供給タンク10から車載用水素充填タンク9への水素の供給をタイミングよく停止することができる。そして、水素の供給の停止後は、三方弁71、72の操作によって、充填パス31及び放出パス32を水素回収路5に連通させる。また、戻り切り替え装置6により、水素回収路5を1つの備蓄タンクに接続する。接続すべき備蓄タンクの選択は、選択時点において供給に使用していた備蓄タンクの1つ下段、あるいはそれよりも低圧の備蓄タンクを選択する。これにより、充填パス31、放出パス32等に残っていた残存水素は水素供給タンク10を構成する備蓄タンク11〜17に戻される。なお、上記水素回収路5には、水素を備蓄タンクに送るためのポンプ等を配設することが好ましい。
このように、本例の水素供給ステーション1は、圧力ステージが異なる複数の備蓄タンク11〜17を有しており、上記切り替え装置4によって、水素供給ライン3に接続する備蓄タンクを切り替えることができる。そのため、水素の供給先である車載用水素充填タンク9の種類や充填状態に応じて使用する備蓄タンク11を変更することができる。特に、本例では、上記のごとく第1タンク11から順次圧力ステージを上げていくので、最適な供給条件を容易に実現することができ、車載用水素充填タンク9への安全で効率のよい水素充填作業を行うことができる。
また、本例の水素供給ステーション1は、上記水素回収路5をも備えているので、水素の有効利用を図ることもできる。
なお、上記のような第1タンク11から順次圧力ステージを高める充填方法に代えて、車載用水素充填タンク9の仕様、充填状態等に応じて、最初から特定の備蓄タンクに接続する方法をとることも可能である。
次に、水素供給ステーション1に対して外部から水素を供給する方法について簡単に説明する。
本例の水素供給ステーション1に水素を充填するに当たっては、まず、上記複数の備蓄タンク11〜17のうち最も下段の圧力ステージ第1タンク11の供給口61に外部の水素供給源(図示略)を接続する。そして、この第1タンク11に上記水素供給源から水素を充填し、第1タンク11に所定量の水素を所定圧力で備蓄する。
次に、第1タンク11と第2タンク12の間の昇圧導入路62を開通させ、その昇圧導入路62内に設けられた昇圧手段によって第1タンク11内の水素を昇圧して第2タンク12に供給し、充填する。このとき、第1タンク11には、上記水素供給源から水素を供給し続けることができる。
同様に、第2タンク12の水素充填量がある程度以上になった時点で、第2タンク12と第3タンク13の間の昇圧導入路62を上記と同様に操作して、第2タンク12から第3タンク13への水素の昇圧供給を開始する。このような動作を順次上段の備蓄タンクに施すことによって、すべての備蓄タンク11〜17が所定の圧力ステージの水素を備蓄した状態となる。
このように、本例の水素供給ステーション1においては、第1タンク11に上記供給口61を設けてあると共に、各備蓄タンク11〜17の間にそれぞれ上記昇圧導入路62を設けてあるので、上記第1タンク11のみに外部の水素供給源を接続して水素の供給を行うことができる。そのため、水素供給ステーション1と外部の水素供給源との接続作業を簡素化することができる。また、他の備蓄タンク12〜17には、1つ下段の圧力ステージ備蓄タンクから水素を昇圧して供給することができるので、その圧力差分だけ昇圧すればよく、昇圧導入路62における昇圧量を小さく抑えることができる。
そのため、水素供給ステーション1においては、これへの水素の充填作業を容易化することができ、より有効に活用することができる。
(実施例2)
本例は、図2、図3に示すごとく、実施例1の水素供給ステーション1に採用されうる構成をより具体的に示す例である。
まず、図2には、水素供給ステーション1全体の構成を示す。同図に示すごとく、本例では、水素供給タンク10として、5段階の圧力ステージに対応する5つの備蓄タンク11〜15を設けた。圧力ステージが最も低い第1タンク11には、外部の水素供給源に接続される供給口61が設けられている。供給口61には、外部からの水素の導入を開始又は停止させるための開閉弁611が配置されている。
また、第1タンク11以外の備蓄タンク12〜15には、1つ下段の圧力ステージ備蓄タンクから水素を昇圧して導入する昇圧導入路62が接続されている。第1タンク11から第2タンク12への昇圧導入路62は、第1タンク11から開閉弁621、三方弁622、昇圧ポンプ623、開閉弁624、三方弁625及び626、開閉弁627を順次結ぶ流路を介して第2タンク12に接続されている。また、上記三方弁626と三方弁622との間は、開閉弁628を有するバイパス路によって結ばれている。これは、上段の圧力ステージ備蓄タンクである第2タンク12から第1タンク11へと水素を補う補給路63である。
同様な構成の昇圧導入路62と補給路63とが、第2タンク12と第3タンク13との間、第3タンク13と第4タンク14との間、及び第4タンク14と第5タンク15との間にも設けられている。
また、各昇圧導入路62の三方弁625には、それぞれ開閉弁51及び三方弁52〜54を介して水素回収路5が接続されている。
また、各備蓄タンク11〜15の下流側は、開閉弁41、三方弁42〜45及び開閉弁46を介して水素供給ライン3の三方弁71に接続されている。また、第1タンク11には、これに備蓄する水素を供給する際に用いる昇圧ポンプ49が配設されている。
また、上記水素供給ライン3における三方弁71は、開閉弁59を介して上記の水素回収路5に接続されると共に、充填パス31と放出パス32に分岐させる三方弁72に接続される。
充填パス31は、上記三方弁72から熱交換器39及び逆止弁313を介して開口部315に通じる通路として構成されている。また、放出パス32は、開口部325から逆止弁323、熱交換器39及びポンプ328を介して上記三方弁72に通ずる通路として構成されている。また、充填パス31及び放出パス32の開口部315、325には、その開口部315、325に残る不要な水素や異物を除去する排気路371、372が接続されており、これらの合流路370が、開閉弁373及びポンプ375を介して水素を燃焼除去等する水素処理機379に接続されている。本例では、これら逆止弁313、323及び開口部315、325を含む部分をユニット化して接続ユニット30を構成してある。
また、車載用水素充填タンク9には、そのバルブ部90に充填パス91及び放出パス92が設けられており、それぞれ逆止弁913、923を介して開口部915、925に通じている。
そして、図3に示すごとく、車載用水素充填タンク9に水素供給ステーション1から水素を供給する際には、車載用水素充填タンク9のバルブ部90に水素供給ライン3の接続ユニット30を当接させ、開口部315と開口部915を対面させると共に開口部325と開口部915を対面させる。
その後の水素供給の手順は、切り替え装置4を構成する上記開閉弁41,43及び三方弁42,72の操作を行うことによって、実施例1と同様に行うことができる。
そして、水素供給を停止した後には、排気路371,372の合流路370上にあるポンプ375を駆動する。そして、上記接続ユニット30の開口部315,315とバルブ部90の開口部915,925との間の空間に残った水素を、異物等と共に水素処理機379に吸引し、処理する。これにより、水素を外気へ不用意に放出することを防止することができると共に、車載用水素充填タンク9のパルブ部90及び水素供給ステーション1の接続ユニット30のそれぞれの接続部分を清潔に保つことができる。
次に、水素供給ステーション1に対して外部から水素を供給する場合には、上述した実施例1と同様に行うことができる。
すなわち、本例の水素供給ステーション1に水素を充填するに当たっては、まず、上記複数の備蓄タンク11〜15のうち最も下段の圧力ステージ第1タンク11の供給口61に外部の水素供給源(図示略)を接続する。そして、開閉弁611を開いて第1タンク11に上記水素供給源から水素を充填し、所定量の水素を所定圧力で備蓄する。
次に、第1タンク11と第2タンク12の間の昇圧導入路62を、開閉弁621、624、627、三方弁622、625を操作して開通させると共に、昇圧ポンプ623を運転させる。これにより、第1タンク11から水素を昇圧して第2タンク12に供給し充填する。このとき、第1タンク11には、上記水素供給源から水素を供給し続けることができる。
同様に、第2タンク12の水素充填量がある程度以上になった時点で、第2タンク12と第3タンク13の間の昇圧導入路62を上記と同様に操作して、第2タンク12から第3タンク13への水素の昇圧供給を開始する。このような動作を順次上段の備蓄タンクに施すことによって、すべての備蓄タンク11〜15が所定の圧力ステージの水素を備蓄した状態となる。
次に、車載用水素充填タンク9に対して水素を供給することにより特定の備蓄タンク、例えば第3タンク13内における水素圧力が所定圧力以下に低下した場合についての対処方法について簡単に説明する。
本例では、第3タンク13に対して、1つ下段の圧力ステージ第2タンク12から水素を補充する方法と、1つ上段の圧力ステージ第3タンク13から水素を補充する方法とがある。
第2タンク12から水素を補充する方法では、第2タンク12と第3タンク13との間の昇圧導入路62を開通させると共に昇圧ポンプ623を駆動させることにより、第2タンク12内の水素を昇圧して第3タンク13に補充する。
また、第4タンク14から水素を補充する方法では、第3タンク13と第4タンク14との間の補給路63を開閉弁628の操作によって開通させる。これにより、圧力ステージが1段高い第4タンク14内の水素は、低圧の第3タンク13内に自動的に減圧されて補充される。
このように、本例では、特定の備蓄タンク内の水素が減少した場合に、その上段又は下段の圧力ステージ備蓄タンクから緊急的に水素を補充することができ、外部からの水素供給が途絶えた場合における水素供給ステーション1の機能維持を図ることができる。
その他の作用効果は実施例1と同様である。
(実施例3)
本例は、図4に示すごとく、実施例1の水素供給ステーション1を基礎として、水素供給ライン3における放出パス32を、三方弁73を介して水素供給タンク10の戻り切り替え装置6に接続した例である。
この場合には、車載用水素充填タンク9に充填パス31から水素を供給しながら、放出パス32から供給した水素を放出する。この水素は、熱交換器39によって冷却され、戻り切り替え装置6に導かれる。そして、再び、備蓄タンク11〜17のいずれかに戻される。このときの備蓄タンクの選択は、車載用水素充填タンク9への水素供給に用いていた備蓄タンクの1つ下段(低圧側)のものを選択することが圧力差が小さく最も好ましい。
その他の構成は実施例1と同様である。
本例の場合には、車載用水素充填タンク9から放出した水素をいったん備蓄タンク11〜17に戻すので、備蓄タンク内部の大容量の水素と混合することでガス顕熱の上昇を抑制できる。また、ショートサイクルで循環させる場合に比べ、熱交換器の交換能力を低く設定可能であるという利点が得られる。
その他は実施例1と同様の作用効果が得られる。
(実施例4)
本例は、図5に示すごとく、実施例1の水素供給ステーション1を基にして、水素供給タンク10を構成する備蓄タンク11〜17の容量を変化させた例である。
すなわち、同図に示すごとく、複数の圧力ステージのうち最も利用率の高い圧力ステージ第2タンク12の容積を、他の圧力ステージ備蓄タンク11,13〜17の容積よりも大きくした。上記利用率は、例えば、車載用水素充填タンク9の種類と割合等のデータを基にしたシミュレーションにより算出することができる。その他の構成は実施例1と同様である。
この場合には、最も使用率が高い圧力ステージ第2タンク12の容量が最も大きいので、その備蓄タンク12が早期に空になることを抑制し、外部からの水素補充を行う間隔を長くして、より安定した水素供給ステーションの使用状態を得ることができる。
その他は実施例1と同様の作用効果が得られる。
(実施例5)
本例は、図6、図7に示すごとく、実施例1の水素供給ステーション1における水素供給タンク10を構成する備蓄タンク11〜17(タンクNo.1〜7)の圧力ステージの組み合わせ例を示すものである。
図6、図7は、横軸に圧力を、縦軸にタンクの種類を示したものである。そして、図6には、第1〜第7タンクまでの圧力ステージを、一定圧力ずつ高めた構成とする例を示してある。また、図7には、圧力ステージが低いほど、圧力差を小さくした例である。
これらの圧力差のバリエーションは、水素供給ステーション1が水素を供給する車載用水素充填タンク9の仕様、割合などに応じて変更することができる。
実施例1における、水素供給ステーションの構成を示す説明図。 実施例2における、水素供給ステーションの構成を示す説明図。 実施例2における、水素供給ラインと車載用水素充填タンクとを接続した状態を示す説明図。 実施例3における、水素供給ステーションの構成を示す説明図。 実施例4における、水素供給ステーションの構成を示す説明図。 実施例5における、圧力ステージの圧力変化の一例を示す説明図。 実施例5における、圧力ステージの圧力変化の別の一例を示す説明図。
符号の説明
1 水素供給ステーション
10 水素供給タンク
11〜17 備蓄タンク(第1タンク〜第7タンク)
3 水素供給ライン
31 充填パス
32 放出パス
4 切り替え装置
5 水素回収路
6 戻り切り替え装置
62 昇圧導入路
63 補給路

Claims (8)

  1. 車両に搭載された車載用水素充填タンクに対して水素を供給するための水素供給ステーションであって、
    上記車載用水素充填タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクと、該水素供給タンクと上記車載用水素充填タンクとの間の水素の供給経路を形成する水素供給ラインとを有してなり、
    上記水素供給タンクは、備蓄する水素圧力のレベルを示す圧力ステージを複数段に異ならせて各圧力ステージに対して1つの備蓄タンクが存在するように構成されていると共に、上記水素供給ラインに接続する上記備蓄タンクを切り替える切り替え装置に連結されており、
    かつ、上記複数の備蓄タンクのうち圧力ステージが最も下段の第1タンクには、外部の水素供給源に接続される供給口が設けられており、上記第1タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ下段の備蓄タンクから水素を昇圧して導入する昇圧導入路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーション。
  2. 請求項1において、上記複数の備蓄タンクのうち圧力ステージが最も上段の最高圧タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ上段の備蓄タンクから水素を補う補給路が接続されていることを特徴とする水素供給ステーション。
  3. 請求項1又は2において、上記各備蓄タンクには、上記水素供給ラインに連結される水素回収路が接続されており、上記水素供給ライン内又は上記切り替え装置内の余剰の水素を上記備蓄タンクに回収可能に構成されていることを特徴とする水素供給ステーション。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項において、上記複数の圧力ステージのうち最も利用率の高い圧力ステージ上記備蓄タンクの容積を、他の圧力ステージ上記備蓄タンクの容積よりも大きくしてあることを特徴とする水素供給ステーション。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項において、上記複数の圧力ステージのうち最も利用率の高い圧力ステージよりも下段の圧力ステージ間の圧力差が、上記最も利用率の高い圧力ステージよりも上段の圧力ステージ間の圧力差よりも小さいことを特徴とする水素供給ステーション。
  6. 車両に搭載された車載用水素充填タンクに供給すべき水素を貯蔵する水素供給タンクを有し、該水素供給タンクが、備蓄する水素圧力のレベルを示す圧力ステージを複数段に異ならせて各圧力ステージに対して1つの備蓄タンクが存在するように構成されている水素供給ステーションを使用する方法であって、
    該水素供給ステーションに水素を充填するに当たっては、上記複数の備蓄タンクのうち圧力ステージが最も下段の第1タンクに外部の水素供給源を接続して、該第1タンクに上記水素供給源から水素を充填し、
    上記第1タンク以外の上記備蓄タンクには、圧力ステージが1つ下段の備蓄タンクから水素を昇圧して供給し充填することを特徴とする水素供給ステーションの使用方法。
  7. 請求項6において、上記車載用水素充填タンクに対して水素を供給することにより特定の上記備蓄タンク内における水素圧力が所定圧力以下に低下した場合には、当該備蓄タンクよりも圧力ステージが1つ下段の上記備蓄タンク内の水素を昇圧して補充することを特徴とする水素供給ステーションの使用方法。
  8. 請求項6において、上記車載用水素充填タンクに対して水素を供給することにより特定の上記備蓄タンク内における水素圧力が所定圧力以下に低下した場合には、当該備蓄タンクよりも圧力ステージが1つ上段の上記備蓄タンク内の水素を減圧して補充することを特徴とする水素供給ステーションの使用方法。
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