JP4564935B2 - 燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料供給ステーションにおいて車両に対してガソリンや軽油などの燃料を供給する燃料供給システムに関し、特に、災害等によって商用電源（系統電源）が長時間にわたって停電する場合であっても燃料を供給できる燃料供給システムに関する。

トラック、バス、乗用車などの道路運送車両に対してガソリンや軽油などの燃料を供給する燃料供給ステーション（給油所；ガソリンスタンド）は、通常、電気事業者の系統電源（商用電源）から得た電力を用いて稼動している。

現在、燃料供給ステーションにおいて、車両に燃料を供給するために用いられる燃料計量機は、１台で複数の油種（例えばレギュラーガソリン、プレミアムガソリン（ハイオクガソリン）、軽油など）に対応できるものが主流である。この種の燃料計量機（給油機）は、油種ごとに、該当油種の燃料を供給するためのポンプを構成するモータを備えており、これらのモータは、例えば、三相２００Ｖで駆動される定格７５０Ｗのものである。

ところで、地震等の災害が発生し、系統電源が長時間にわたって停電するような場合を想定すると、そのような災害時においても各種の緊急車両等に給油を行う必要があるから、燃料供給ステーションは、その燃料供給機能を維持していることが望まれる。燃料供給ステーションを停電時などの災害時対応とするためには、電源を確保して燃料計量機などを動作させることができるようにするとともに、かつ、給水可能であることが必要である。給水可能であるという要件は、貯水槽を燃料供給ステーションに備えることで容易に満たされる。これに対し、電源を確保し燃料計量機を動作させる、という要件を満たすためには、まず、系統電源からは自立した電源を燃料供給ステーションに設けることが必要である。災害時に使用可能な自立電源として、燃料電池を備え、燃料電池が発生する直流電力を交流電力に変換して出力する燃料電池発電装置が知られているが、燃料供給ステーションに燃料電池発電設備などの自立電源を設けたとしても、燃料電池発電設備が出力する交流電力は一般に単相電力であるので、動力負荷として三相モータを使用する燃料計量機を動作させることはできない。

なお、燃料電池で動作する計量機として特開２００５−１８９０４７号公報（特許文献１）に開示されるものがあるが、この公報に記載の計量機は、小売店の店頭などにおいて商品の質量を計測することを目的としているので、燃料供給ステーションにおいてガソリンなどを車両に給油する用途には使用することができない。
特開２００５−１８９０４７号公報

燃料電池は、気象条件等によらずに燃料があり続ける限り動作するものであるから、燃料電池発電装置は、地震等の災害が発生して系統電源における停電が持続することが想定される場合における非常用電源として有望なものである。しかしながら、上述したように、燃料電池発電設備を設けたとしても、燃料供給ステーションにおける燃料供給機能（給油機能）を維持することはできない。

そこで本発明の目的は、車両等に燃料を供給する燃料供給ステーションにおいて用いられ、系統電源の停電時においても燃料供給を行うことができる燃料供給システムを提供することにある。

本発明の燃料供給システムは、車両に燃料を供給する燃料供給システムであって、燃料を貯蔵する燃料槽と、燃料槽から燃料を車両に移送するためのポンプと、系統電源から三相交流電力が供給されポンプを駆動する三相モータと、燃料電池と、燃料電池で発生した直流電力を単相交流電力に変換するパワーコンディショナと、単相交流電力によって駆動可能な単相モータと、三相モータに連結するとともに、単相モータの回転出力を受け入れ可能であって、三相モータの回転出力と単相モータの回転出力とを切り替えてポンプに伝達する切り替え手段と、を備え、系統電源の停電時には単相モータによってポンプを駆動できるようにしたことを特徴とする。

この燃料供給システムでは、系統電源と三相モータの間に第１のスイッチを設け、パワーコンディショナと単相モータの間に第２のスイッチを設け、同時には導通状態とはならないように第１のスイッチ及び第２のスイッチを相互に連動させることが好ましい。

本発明の燃料供給システムは、例えば、レギュラーガソリン、プレミアムガソリン、軽油などの複数種類の燃料の供給が可能であることが好ましい。そのため、燃料供給システムは、燃料の種類ごとに燃料槽とポンプと三相モータと切り替え手段とを備えるともに、複数のポンプに共通に単相モータを設けてもよく、あるいは、ポンプごとに単相モータを設けてもよい。

本発明では、燃料電池から見た負荷変動を平滑化するために、パワーコンディショナの出力側に負荷調整器を接続することが好ましい。また、燃料電池の稼働率を向上させることなどのために、パワーコンディショナとして、燃料電池を単相交流電力の系統電源に連系させる機能を有するものを使用し、系統電源の稼動時において、パワーコンディショナが出力する単相交流電力が、系統電源からの単相交流電力とともに、燃料供給システムの設置場所の宅内の負荷に供給されるようにすることが好ましい。

本発明において燃料電池は、例えば、炭化水素を燃料とする燃料電池である。

本発明は、燃料計量機の燃料ポンプを通常時には三相モータによって駆動するとともに、系統電源の停電時には、燃料電池が発生する直流電力を変換して得られる単相交流電力によって駆動される単相モータによって燃料ポンプを駆動できるようにしたことにより、系統電源の停電時にも車両に燃料を供給できるようになる、という効果がある。系統電源の通常稼動時には、この燃料電池を系統電源に連系させることで、トータルとしてのエネルギーコストの削減などを図ることができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の燃料供給システムを示している。この燃料供給システムは、車両に対して燃料を供給する燃料供給ステーション（例えば、ガソリンスタンドなど）に設けられるものであって、３種類の燃料（例えば、レギュラーガソリン、プレミアムガソリン、軽油）を車両に供給することができるものである。燃料供給システムには、油種ごとにその油種の燃料を格納する燃料槽２１〜２３と、１台で３種類の燃料を車両に供給することができる燃料計量機３０とを備えている。燃料計量機３０は、油種ごとに給油ユニット３１〜３３とが設けられている。給油ユニット３１〜３３は、それぞれ、対応する油種の燃料槽２１〜２３から燃料を車両に移送するための燃料ポンプ４１〜４３と、この燃料ポンプ４１〜４３を駆動する三相モータ５１〜５３と、燃料ポンプ４１〜４３によって燃料槽２１〜２３から取り出された燃料を車両側の燃料タンクに注入する際に用いられる給油ノズル６１〜６３とを備えている。この燃料計量機３０は、燃料ポンプ４１〜４３を駆動するモータとして、従来のものと同様に三相モータ５１〜５３を使用しているが、従来のものと異なり、三相モータ５１〜５３の回転軸と燃料ポンプ４１〜４３が直結されているわけではなく、三相モータ５１〜５３と燃料ポンプ４１〜４３との間に切り替えボックス４６〜４８がそれぞれ設けられている。この燃料供給システムでは、三相モータ５１〜５３を駆動するための三相交流電力は、系統電源からスイッチ１３Ａを介して供給されるようになっている。三相モータ５１〜５３は、スイッチ１３Ａに対し並列に接続している。

切り替えボックス４６〜４８は、三相モータ５１〜５３の回転軸の回転運動を燃料ポンプ４１〜４３に伝達するものであるが、差込部４９を備えるとともに、内部にクラッチ機構を備えている。このクラッチ機構は、差込部４９に何も差し込まれていないときには、三相モータの回転軸の回転運動を燃料ポンプに伝達し、差込部４９に例えば他のモータの回転軸が差し込まれている場合には、三相モータと燃料ポンプとの機械的な伝達経路を切り離し、その代わりに差込部４９に差し込まれた回転軸の回転運動を燃料ポンプに伝達するように、構成されている。

さらにこの燃料供給システムでは、系統電源の停電時にも給油を可能とするために、燃料電池１１と燃料電池１１が出力する直流電力を単相２００Ｖの交流電力に変換するパワーコンディショナ１２と、パワーコンディショナから出力される単相交流電力を三相交流電力に変換する単相三相変換器１７と、パワーコンディショナ１２と単相三相変換器１７の間の電力配線に対して接続された負荷調整器１５と、パワーコンディショナ１２からの単相交流電力が供給される単相モータ７０と、を備えている。パワーコンディショナ１２と単相モータ７０の間にはスイッチ１３Ｂが設けられている。このスイッチ１３Ｂと、三相の系統電源と三相モータ５１〜５３との間のスイッチ１３Ａとは連動しており、スイッチ１３Ａとスイッチ１３Ｂの両方が同時には導通状態とはならないようになっている。負荷調整器１５は、単相モータ７０を含めた負荷における電力消費量が急変する場合であっても、燃料電池１１側（パワーコンディショナ１２側）から見たときの負荷が平準化されるようにするものである。この負荷調整器１５は、燃料電池１１を系統電源に連系させる場合に、燃料電池１１で発生する余剰電力を吸収するためにも使用される。なお、この燃料供給システムでは、後述するように、パワーコンディショナ１２が出力する単相交流電力は、系統電源の停電時において、燃料供給システムの設置場所の宅内の照明や空調などの負荷を動作させるための非常用電源とも使用されるものである。このため、パワーコンディショナ１２とスイッチ１３Ｂとを結ぶ配線から、それらの負荷に向けて非常用配線１９が分岐している。

単相モータ７０は、燃料計量機３０において各給油ユニット３１〜３３に対して共通に設けられるものである。単相モータ７０の回転軸の先端は、各切り替えボックス４６〜４８の差込部４９に対して係合可能な係合部７６となっている。スイッチ１３Ｂと単相モータ７０の間は、可撓性のある配電ケーブル７７で接続されている。単相モータ７０は、通常時には、どの切り替えボックス４６〜４８とも接続されないが、系統電源の停電時などには、手動操作により、切り替えボックス４６〜４８のうちの所望のものの差込部４９に接続できるようになっている。具体的には、燃料計量機３０には、通常時に単相モータ７０を格納しておく場所が用意され、単相モータ７０は、レール上を動かすことによって、所望の給油ユニットの切り替えボックスの位置にまで移動できるようになっている。

燃料電池１１としては、例えば、炭化水素からなる燃料、例えば灯油やＬＰＧ（液化石油ガス）などの燃料を改質して水素を生成する改質器と、この水素と酸素（空気）とが供給されて発電する燃料電池本体とを備えるものを用いることができる。燃料電池本体は、典型的な燃料電池として、水素及び酸素がそれぞれ供給される負極及び正極と、負極及び正極間に配置され水素イオンが透過可能な電解質膜とを備えている。

次に、本実施形態の燃料供給システムの動作について説明する。

系統電源が正常に稼動しているときには、スイッチ１３Ａによって、三相交流の系統電源からの三相交流電力が燃料計量機３０に供給され、この三相交流電力によって三相モータ５１〜５３が駆動される。これにより、車両に燃料を供給することができる。このとき、スイッチ１３Ｂは遮断状態となっている。

一方、系統電源が停電となったときは、スイッチ１３Ａを遮断状態とした上で、給油したい油種に対応した給油ユニットにまで単相モータ７０を移動させ、その給油ユニットの切り替えボックスの差込部４９に単相モータ７０の係合部７６を差し込む。そして、燃料電池１１を動作させるとともに、スイッチ１３Ｂを導通状態とする。その結果、燃料電池１１で発生した直流電力はパワーコンディショナ１２によって単相交流電力に変換され、この単相交流電力が単相モータ７０に供給されて単相モータ７０の回転軸が回転する。この回転は、差込部４９から切り替えボックスに伝えられ、その結果、対応する燃料ポンプが単相モータ７０で駆動されることとなる。この燃料供給システムによれば、系統電源が停電であっても、単相モータ７０を動作させて車両に燃料を供給することができる。なおこのとき、燃料供給システムの設置場所の宅内の負荷に対しても、非常用配線１９によって単相交流電力を供給できる。

なお、動力負荷であるモータ（単相モータ、三相モータのいずれであっても）は、その始動時には、定格電流の数倍に及ぶ始動電流が流れる。燃料電池からの電力によって燃料計量機のモータを駆動させようとすると、燃料計量機内の複数のモータが同時に始動した場合に、燃料電池に許容される以上の始動電流が流れる可能性があるが、本実施形態の場合、燃料電池によって駆動される可能性があるのは単一の単相モータ７０のみであるから、その始動電流の影響は燃料電池１１側には及ばす、その三相モータを良好に始動できて、確実に給油を行うことができる。このとき、燃料電池１１側で出力電力が燃料電池の定格出力を超えることもない。

図２は、本発明の第２の実施形態の燃料供給システムを示している。この燃料供給システムは、第１の実施形態のものと同様のものであるが、燃料計量機３０について単一の単相モータ７０を設けるのではなく、給油ユニット３１〜３３ごとに単相モータ７１〜７３が配置されている点で、第１の実施形態のものと異なっている。どの単相モータ７１〜７３に対して電力を供給するかを選択するために、スイッチ１３Ｂと単相モータ７１〜７３の間に、切り替えスイッチ１７が設けられている。

図２に示す燃料供給システムでは、系統電源が停電となったときは、スイッチ１３Ａを遮断状態とした上で、給油したい油種に対応した給油ユニットにおいて、その給油ユニットの単相モータ７０の係合部７６をその給油ユニットの切り替えボックスの差込部４９に差し込み、切り替えスイッチ１７をその給油ユニットの側に切り替え、燃料電池１１を動作させるとともに、スイッチ１３Ｂを導通状態とする。その結果、燃料電池１１で発生した直流電力はパワーコンディショナ１２によって単相交流電力に変換されて所望の油種の給油ユニットの単相モータに供給され、その結果、対応する燃料ポンプが単相モータ７０で駆動されることとなる。この燃料供給システムによれば、系統電源が停電であっても、単相モータ７０を動作させて車両に燃料を供給することができる。また、非常用配線１９によって、燃料供給システムの設置場所の宅内の負荷にも単相交流電力を供給できる。

以上説明した各燃料供給システムでは、燃料電池１１は、系統電源の停電時にしか利用されないものとすると、設備としての利用効率が極めて小さいものとなる。そこで本実施形態では、系統電源が正常に稼動している場合には、燃料電池１１を分散電源として使用して系統電源と連系させるようにしている。すなわち、パワーコンディショナ１２は、系統電源からの単相交流電力の配電線（三線式）１６にも接続しており、燃料電池１１からの直流電力を単相交流電力に変換し、燃料供給ステーション内の負荷（例えば、照明機器、空調機器など）に対して配電線１６を介してこの単相交流電力を供給する。燃料供給ステーション内の負荷から見れば、系統電源からの電力に重畳する形で、燃料電池１１からパワーコンディショナ１２を介して電力が供給されることになる。なお、この状態で系統電源が停電になったとすると、安全上の理由により、燃料電池を系統電源から解列しなければならないから、パワーコンディショナ１２としては、系統電源の停電を検出でき、停電の検出時には配電線１６への単相交流電力の出力を停止する機能を有するものを使用する必要がある。このように燃料電池を系統電源に連系させ、停電時には燃料電池を系統電源から解列させる機能を有するパワーコンディショナは公知である。また、燃料電池を系統電源に連系させる場合、燃料電池から系統電源側に電力が供給される、いわゆる逆潮流は禁止されているので、燃料供給ステーション内での電力負荷よりも燃料電池から出力される電力の方が大きい場合には、上述した負荷調整器１５によって余剰分の電力を消費すればよい。

なお、上述した各燃料供給システムでは、系統電源の停電時に、燃料供給システムの設置場所の宅内の照明設備や空調設備などの負荷に対して、非常用配線１９によって単相交流電力を供給できるようにしている。非常用配線１９を使用して電力を供給する際には、系統電源側に電力が流出することがないように、照明設備や空調設備などの負荷を常用の配電線から切り離し、そののち、これらの負荷を非常用配線１９に接続して、燃料電池側から単相交流電力の供給を受けるようにする。

上述した燃料供給システムでは、系統電源の停電時に車両に対して燃料供給を行うための電源や、燃料供給システムの設置場所の宅内の負荷に対する非常用電源として燃料電池を用いるとともに、系統電源が正常に稼動しているときにはこの燃料電池を分散電源として使用することにより、燃料電池自体の稼働率を高めることができるとともに、トータルでのエネルギーコストの削減が可能になる。

本発明の第１の実施形態の燃料供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の燃料供給システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１ 燃料電池
１２ パワーコンディショナ
１３Ａ，１３Ｂ スイッチ
１５ 負荷調整器
１６ 配電線
１７ 切り替えスイッチ
１９ 非常用配線
２１〜２３ 燃料槽
３０ 燃料計量機
３１〜３３ 給油ユニット
３４ 制御回路
４１〜４３ 燃料ポンプ
４６〜４８ 切り替えボックス
４９ 差込部
５１〜５３ 三相モータ
６１〜６３ 給油ノズル
７０〜７３ 単相モータ
７６ 係合部
７７ 配電ケーブル

Claims (8)

1. 燃料を供給する燃料供給システムであって、
   前記燃料を貯蔵する燃料槽と、
   前記燃料槽から前記燃料を移送するためのポンプと、
   系統電源から三相交流電力が供給され前記ポンプを駆動する三相モータと、
   燃料電池と、
   前記燃料電池で発生した直流電力を単相交流電力に変換するパワーコンディショナと、
   前記単相交流電力によって駆動可能な単相モータと、
   前記三相モータに連結するとともに、前記単相モータの回転出力を受け入れ可能であって、前記三相モータの回転出力と前記単相モータの回転出力とを切り替えて前記ポンプに伝達する切り替え手段と、
   を備え、前記系統電源の停電時には前記単相モータによって前記ポンプを駆動できるようにした、燃料供給システム。
2. 前記系統電源と前記三相モータの間に第１のスイッチを有し、前記パワーコンディショナと前記単相モータの間に第２のスイッチを有し、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは同時には導通状態とはならないように相互に連動している、請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記パワーコンディショナと前記第２のスイッチとの間の配線に対して負荷調整器が接続する、請求項２に記載の燃料供給システム。
4. 複数種類の燃料の供給が可能であり、燃料の種類ごとに前記燃料槽と前記ポンプと前記三相モータと前記切り替え手段とが設けられる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料供給システム。
5. 複数の前記ポンプに共通に前記単相モータが設けられる、請求項４に記載の燃料供給システム。
6. 前記ポンプごとに前記単相モータが設けられる、請求項４に記載の燃料供給システム。
7. 前記パワーコンディショナは、前記燃料電池を単相交流電力の系統電源に連系させる機能を有し、前記系統電源の稼動時において、前記パワーコンディショナが出力する単相交流電力が、前記系統電源からの単相交流電力とともに負荷に供給される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料供給システム。
8. 前記燃料電池は、炭化水素を燃料とする燃料電池である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料供給システム。

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