JP5332933B2 - 水素充填システム - Google Patents

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Description

本発明は、水素充填システムに関する。
近年、運転効率および環境性に優れる電源として燃料電池が注目されている。例えば、固体高分子電解質膜型の燃料電池は、アノード電極に燃料ガスとして水素を供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給することにより、電気化学反応にて電力を発電する。水素ガスが充填された水素タンクから燃料電池に水素が供給され、コンプレッサを駆動することで大気中の空気が燃料電池に供給される。
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水素供給施設で行われる。例えば、水素ステーションは、複数本のボンベである水素カードルと、水素カードルから供給される水素を水素タンクに充填するディスペンサーとを有する。ディスペンサーを水素タンクへの充填口に連結し、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。
水素吸蔵合金を備える水素タンクに水素を充填する場合、水素吸蔵合金による水素の吸蔵を促進させるため、水素吸蔵合金を冷却して水素タンクに水素を充填する技術がある（例えば、特開２００４−２８１２４３号参照）。燃料タンクを冷却して水素ガスを充填する技術がある（例えば、特開２００７−４０３９０号公報参照）。水素貯蔵源に貯蔵されている水素を、水素吸蔵合金から水素が放出された際の吸熱反応により冷却された水素吸蔵合金により冷却しながら、水素タンクへ充填する技術がある（例えば、特開２００７−３０３６２５号公報参照）。
特開２００４−２８１２４３号公報 特開２００７−４０３９０号公報 特開２００７−３０３６２５号公報
従来、水素タンクへの水素の充填を促進させるため、水素吸蔵合金や水素タンクを冷却することが行われている。しかしながら、車両が水素ステーションに到着した後、水素吸蔵合金や水素タンクの冷却を開始すると、水素タンクへの水素の充填開始直後は、水素吸蔵合金や水素タンクが十分に冷却されておらず、水素タンクへの水素の充填を開始してから、水素タンクへの水素の充填が完了するまでに時間がかかっていた。
本発明は、水素タンクへの水素の充填時間を短縮する技術を提供する。
上記課題を解決するため、水素充填システムは、水素供給源から供給される水素が充填される水素タンクを有する移動体と、水素タンクの温度調整を行う温度調整手段と、水素タンク内に水素を充填するかの判断を行う判断手段と、を備え、判断手段により水素タンク内に水素を充填するとの判断が行われた場合、水素供給源から水素タンクへの水素の充填が開始される前に、温度調整手段は水素タンクの冷却を開始する。
上記水素充填システムでは、水素供給源から水素タンクへの水素の充填が開始される前に、水素タンクの冷却が開始される。水素タンクが十分に冷却された状態で水素供給源から水素タンクへの水素の充填が行われるため、水素タンクへの水素の充填時間を短縮することができる。
また、上記水素充填システムは、判断手段が移動体と水素供給源との間の距離を算出する距離算出手段を有し、移動体と水素供給源との間の距離が所定距離以下である場合、水素タンク内に水素を充填するとの判断を行ってもよい。上記水素充填システムでは、水素タンクの冷却を開始するか否かの判断を、移動体と水素供給源との間の距離が所定距離以下であるか否かによって決定することができる。
また、上記水素充填システムは、判断手段が、水素タンク内の水素量が所定量以下である場合、水素タンク内に水素を充填するとの判断を行ってもよい。上記水素充填システムでは、水素タンクの冷却を開始するか否かの判断を、水素タンク内の水素量が所定量以下であるか否かによって決定することができる。
また、上記水素充填システムは、判断手段が、移動体の操作者から水素タンク内に水素を充填する指示を受けた場合、水素タンク内に水素を充填するとの判断を行ってもよい。上記水素充填システムでは、水素タンクの冷却を開始するか否かの判断を、移動体の操作者から水素タンク内に水素を充填する指示を受けたか否かによって決定することができる。
水素タンクへの水素の充填時間を短縮することができる。
第一の実施例に係る水素充填システム、車両２及び水素ステーション３０の概略構成を示す図である。 第一の実施例に係る水素充填システムの処理の流れを示すフローチャートである。 第二の実施例に係る水素充填システム、車両２及び水素ステーション３０の概略構成を示す図である。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態に係る水素充填システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明の水素充填システムは実施形態の構成に限定されない。
図１及び図２を参照して、本発明に係る水素充填システムの第一の実施例を説明する。図１は、第一の実施例に係る水素充填システムの概略構成、燃料電池（以下、「ＦＣ」ともいう。）１から供給される電力を駆動源とする移動体である車両２の概略構成、及び、水素ガスを供給する水素ステーション（水素供給源に相当）３０の概略構成を示す図である。本発明に係る水素充填システムは、移動体である車両２に適用する例を示すが、車両２以外の船舶やロボット等の移動体に対しても適用が可能である。
車両２は、燃料電池１、水素タンク３、コンプレッサ４、駆動輪５、駆動モータ６、バッテリ７、水素流量調整バルブ８、空気流量調整バルブ９、冷媒流路１０、ポンプ１１、ラジエータ１２、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」ともいう。）１３、ナビゲーションユニット（以下、「ＮＵ」ともいう。）１４、通信部１５、表示部１６及び入力部１７
を有する。
燃料電池１は、例えば、固体高分子電解質膜型の燃料電池であるが、これに限定されず、他の種類の燃料電池であってもよい。車両２は、駆動輪５が駆動モータ６によって駆動されることで自走し、移動可能となる。駆動モータ６は、燃料電池１やバッテリ７から電力が供給されることにより駆動する。燃料電池１は、水素タンク３に充填されている水素ガスとコンプレッサ４によって圧送されてくる空気中の酸素との電気化学反応にて発電を行う。バッテリ７は、充放電が可能な蓄電装置であって、燃料電池１から供給される電力を蓄電する。
燃料電池１と水素タンク３とを接続するパイプ２１及びパイプ２２には水素流量調整バルブ８が設けられており、水素流量調整バルブ８は電子制御ユニット１３と電気的に接続されている。電子制御ユニット１３は、水素流量調整バルブ８の開閉及び開度を制御する。水素流量調整バルブ８が開かれることにより、水素タンク３から燃料電池１への水素の供給が行われる。水素流量調整バルブ８が閉じられることにより、水素タンク３から燃料電池１への水素の供給が停止する。また、電子制御ユニット１３は、水素流量調整バルブ８の開度を制御することにより、燃料電池１に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。水素タンク３は、水素充填口２０が設置されたパイプ２１に連結されており、水素充填口２０から供給される水素ガスがパイプ２１を介して水素タンク３に充填される。
コンプレッサ４の駆動の開始及び停止は、コンプレッサ４と電気的に接続されている電子制御ユニット１３からの制御信号により制御される。燃料電池１とコンプレッサ４とを接続するパイプ２３には空気流量調整バルブ９が設けられており、空気流量調整バルブ９は電子制御ユニット１３と電気的に接続されている。電子制御ユニット１３は、空気流量調整バルブ９を制御することにより、燃料電池１に供給される空気の流量及び圧力を調整する。
燃料電池１は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは電解質膜、カソード、アノード、及びセパレータとから構成される。カソードとアノードとの間には、空気及び水素の流路が形成されている。燃料電池１のアノードでは、水素ガスが供給されると、水素ガスに含まれる水素から水素イオンが生成される。また、燃料電池１のカソードには、空気に含まれる酸素が供給される。そして、燃料電池１では、水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。また、燃料電池１のカソードでは、水素から生成した水素イオンと酸素とが結合することにより水が生成される。
水素タンク３とラジエータ１２とは、冷媒流路１０によって繋がれている。冷媒流路１０は、その一部が水素タンク３及びラジエータ１２の内部に形成されている。冷媒流路１０にはポンプ１１が設けられており、ポンプ１１が駆動することにより、冷媒流路１０内を流れる冷媒が水素タンク３とラジエータ１２との間で循環する。冷媒は、例えば、冷却水であるが、これに限らず、不凍液又はいかなる種類の流体であってもよい。
ポンプ１１の駆動の開始及び停止や、ポンプ１１の駆動量は、ポンプ１１と電気的に接続されている電子制御ユニット１３からの制御信号により制御される。従って、冷媒流路１０内を流れる冷媒の流量は、電子制御ユニット１３及びポンプ１１によって調整される。
水素タンク３は、内部に高圧の水素ガスを貯留可能な高圧タンクや水素吸蔵合金を内部に収容するタンクであってもよい。高圧タンクは、所定圧力（例えば、３５ＭＰａ又は７０ＭＰａ）の高圧水素ガスを貯留可能に構成されている。水素タンク３として高圧タンクを用いる場合、水素タンク３には水素量測定センサ（図示せず）が設けられている。水素
量測定センサは、水素タンク３内の水素量を測定する。水素量測定センサと電子制御ユニット１３とは電気的に接続されており、水素量測定センサによって測定された水素タンク３内の水素量のデータは、電子制御ユニット１３に送られる。
水素吸蔵合金を内部に収容する水素タンク３は、水素を水素吸蔵合金に吸蔵させることにより、水素タンク３に充填された水素ガスの貯蔵を行うとともに、水素吸蔵合金から水素を放出させることにより、水素タンク３から水素ガスを放出させる。水素吸蔵合金は、水素雰囲気中における加圧や冷却により水素を吸蔵し、減圧や加熱により水素を放出する。水素吸蔵合金の種類として、例えば、ＡＢ2型合金（ラーベス相合金）、ＡＢ5型合金、ＢＣＣ系合金又はその他の合金（Ｍｇ系合金等）等を用いることができる。
水素タンク３として水素吸蔵合金を内部に収容するタンクを用いる場合、水素タンク３には温度センサ及び圧力センサ（共に図示せず）が設けられている。温度センサは、水素タンク３内の温度を測定する。温度センサと電子制御ユニット１３とは電気的に接続されており、温度センサによって測定された水素タンク３内の温度のデータは、電子制御ユニット１３に送られる。圧力センサは、水素タンク３内の圧力を測定する。圧力センサと電子制御ユニット１３とは電気的に接続されており、圧力センサによって測定された水素タンク３内の圧力のデータは、電子制御ユニット１３に送られる。
電子制御ユニット１３は、水素タンク３内の圧力及び温度と水素吸蔵合金の水素吸蔵量との関係を予め実験により求めた実験データを保持している。電子制御ユニット１３は、圧力センサ及び温度センサから受け取った水素タンク３内の温度及び圧力のデータと、電子制御ユニット１３内に保持されている実験データとに基づいて、水素タンク３内の水素量を算出する。
水素タンク３内には、冷媒流路１０の一部が形成されている。水素タンク３内の冷媒流路１０を流れる冷媒は、水素タンク３と熱交換することによって昇温する。水素タンク３は、水素タンク３内の冷媒流路１０を流れる冷媒と熱交換することによって降温する。すなわち、水素タンク３内に形成された冷媒流路１０を流れる冷媒により水素タンク３は冷却される。このように、水素タンク３内の冷媒流路１０を流れる冷媒によって水素タンク３の温度調整が行われる。
水素吸蔵合金を内部に収容する水素タンク３である場合、水素吸蔵合金と水素タンク３内に形成された冷媒流路１０とを隣接させてもよい。水素タンク３内の冷媒流路１０を流れる冷媒は、水素タンク３及び水素吸蔵合金と熱交換することによって昇温する。水素タンク３及び水素吸蔵合金は、水素タンク３内の冷媒流路１０を流れる冷媒と熱交換することによって降温する。すなわち、水素タンク３内に形成された冷媒流路１０を流れる冷媒により水素タンク３及び水素吸蔵合金が冷却される。このように、水素タンク３内の冷媒流路１０を流れる冷媒によって水素タンク３及び水素吸蔵合金の温度調整が行われる。
ラジエータ１２内には、冷媒流路１０の一部が形成されている。ラジエータ１２は、外気が通過可能となっており、ラジエータ１２内を通過する外気とラジエータ１２内の冷媒流路１０を流れる冷媒との間で熱交換が行われ、ラジエータ１２内の冷媒流路１０を流れる冷媒は降温する。ラジエータ１２は、冷却ファン（図示せず）を備えている。冷却ファンを駆動することによって生じる冷却風は、ラジエータ１２内の冷媒流路１０を流れる冷媒を冷却する。
電子制御ユニット１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及び入出力インターフェース等で構成されて
いる。ナビゲーションユニット１４は、車両２の現在位置を取得するためのＧＰＳ（Glob
al Positioning System及びジャイロセンサ（いずれも不図示）等の位置取得手段を内蔵
し、車両２の現在位置から予め設定されている所在地までの経路及びその距離を演算して、電子制御ユニット１３に出力する。
通信部１５は、電波を受信することにより水素ステーション３０に関する情報を受信する。表示部１６は、電子制御ユニット１３で処理される各種の情報を表示する。表示部１６は、例えば、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、Cathode Ray Tube（ＣＲＴ）、エレクトロルミネッセンスパネル等である。
水素ステーション３０は、水素ガスを貯蔵する蓄ガス器３１と、蓄ガス器３１から供給される水素ガスを車両２の水素タンク３に充填するディスペンサー３２と、ディスペンサー３２等の機器を制御する制御装置３３と、車両２と通信を行う通信装置３４とを備えている。
蓄ガス器３１は、水素ガスが所定圧力で充填された複数のボンベ３５と、複数のボンベ３５を連結する配管３６とを有する。配管３６とディスペンサー３２とが連結されており、配管３６を介して、蓄ガス器３１のボンベ３５から水素ガスがディスペンサー３２に流入する。ディスペンサー３２は、充填カプラ３７、接続管３８、流量計３９及び流量制御弁４０を有している。充填カプラ３７は、接続管３８の先端に備え付けられている。充填カプラ３７が、水素充填口２０に連結されると、ディスペンサー３２から水素タンク３への水素ガスの充填が可能となる。
流量計３９は、水素ガスを水素タンク３に充填する際の水素ガスの流速を計測する。流量制御弁４０は、接続管３８に設けられている。流量制御弁４０を開くことにより、ディスペンサー３２から水素タンク３に水素ガスの充填が開始される。流量制御弁４０を閉じることにより、ディスペンサー３２から水素タンク３への水素ガスの充填が停止する。流量制御弁４０の開度を調整することにより、水素タンク３に水素ガスを充填する際の水素ガスの流量が制御され、水素タンク３に所定圧力で水素ガスが充填される。通信装置３４は、電波を送信することにより、水素ステーション３０の存在情報や水素ステーション３０における水素ガスの供給情報を発信する。
図２は、本発明に係る第一の実施例に係る水素充填システムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明に係る第一の実施例に係る水素充填システムは、燃料電池１に対して発電開始の処理が行われた場合に、図２に示す処理を実行する。例えば、イグニッションスイッチがオンにされた場合、燃料電池１の発電開始の指令があったと判断し、図２に示す処理を開始してもよい。
ステップＳ１０１の処理では、電子制御ユニット１３は、車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下であるか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット１３は、車両２の現在位置から水素ステーション３０の位置までの距離のデータを、ナビゲーションユニット１４から取得する。そして、電子制御ユニット１３は、車両２の現在位置から水素ステーション３０の位置までの距離が、所定距離以下であるか否かを判定する。所定距離は、工場出荷時に設定される値、車両２を販売する販売店にて設定される値、あるいは、ユーザ設定値等である。
車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下である場合（ステップＳ１０１の処理でＹＥＳ）、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０２の処理を行う。一方、車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下でない場合（ステップＳ１０１の処理でＮＯ）、電子制御ユニット１３は、所定時間が経過した後、ステップＳ１０１の処理を行う。
ステップＳ１０２の処理では、電子制御ユニット１３は、水素量測定モードが設定されているか否かを判定する。車両２の操作者は、入力部１７を介して、水素量測定モードを設定することが可能である。また、車両２の操作者は、入力部１７を介して、水素量測定モードの設定を解除することも可能である。
水素量測定モードが設定されている場合（ステップＳ１０２の処理でＹＥＳ）、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０３の処理を行う。一方、水素量測定モードが設定されていない場合（ステップＳ１０２の処理でＮＯ）、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０４の処理を行う。
ステップＳ１０３の処理では、電子制御ユニット１３は、水素タンク３内の水素量が所定量以下であるか否かを判定する。所定量は、工場出荷時に設定される値、車両２を販売する販売店にて設定される値、あるいは、ユーザ設定値等である。水素タンク３内の水素量が所定量以下である場合（ステップＳ１０３の処理でＹＥＳ）、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０４の処理を行う。一方、水素タンク３内の水素量が所定量以下でない場合（ステップＳ１０３の処理でＮＯ）、電子制御ユニット１３は、所定時間が経過した後、ステップＳ１０１の処理を行う。
ステップＳ１０４の処理では、電子制御ユニット１３は、通信部１５を介して、水素ステーション３０からの電波を受信する。電子制御ユニット１３は、通信部１５を介して、水素ステーション３０からの電波を受信することにより、水素ステーション３０の存在や水素ステーション３０にて水素ガスの供給を受けることができるかの確認を行う。
ステップＳ１０４の処理が終了すると、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０５の処理を行う。なお、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０４の処理を省略してもよい。すなわち、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０４の処理を行わずにステップＳ１０５の処理を行ってもよい。
ステップＳ１０５の処理では、電子制御ユニット１３は、表示部１６を介して、車両２の操作者に対して充填準備を開始するか否かの問い合わせを行い、その問い合わせに対する応答を待つ。例えば、電子制御ユニット１３は、表示部１６に「水素ガスを充填するための準備を開始しますか？」のメッセージを表示させ、メッセージに対する応答が入力部１７に入力されるのを待つ。なお、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０５の処理を省略してもよい。すなわち、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０５の処理を行わずにステップＳ１０６の処理を行ってもよい。ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の各処理を省略する場合には、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０４の処理に代えて、ステップＳ１０６の処理を行う。
充填準備を開始する旨の応答が入力部１７に入力された場合（ステップＳ１０５の処理でＹＥＳ）、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０６の処理を行う。一方、充填準備を開始しない旨の応答が入力部１７に入力された場合（ステップＳ１０５の処理でＮＯ）、電子制御ユニット１３は、所定時間が経過した後、ステップＳ１０１の処理を行う。
ステップＳ１０６の処理では、電子制御ユニット１３は、ポンプ１１を駆動することにより、水素タンク３の冷却を開始する。ポンプ１１が駆動され、冷媒流路１０内を冷媒が流れることで、水素タンク３の冷却が開始される。水素タンク３の冷却を開始する場合、電子制御ユニット１３は、水素流量調整バルブ８を閉じる。水素流量調整バルブ８が閉じられることにより水素タンク３から燃料電池１への水素ガスの供給が停止するため、燃料電池１内に存在する水素ガスや燃料電池１と水素タンク３とを接続するパイプ２２内に存
在する水素ガスを用いて、燃料電池１は発電を行う。
電子制御ユニット１３は、ポンプ１１の駆動量を制御することにより、水素タンク３の温度の調整を行う。電子制御ユニット１３は、車両２が水素ステーション３０に到着し、水素タンク３への水素ガスの充填が終了するまで、ポンプ１１を継続的又は間欠的に駆動する。車両２が水素ステーション３０に到着する前に、燃料電池１と水素タンク３とを接続するパイプ２２内に、燃料電池１が発電を行うために必要な水素ガスが存在しなくなる場合がある。この場合、電子制御ユニット１３は、コンプレッサ４の駆動を停止し、駆動モータ６への電力の供給源を燃料電池１からバッテリ７に切り換える。
なお、電子制御ユニット１３は、入力部１７を介して、車両２の操作者から水素充填の指示を受け付けるようにしてもよい。入力部１７を介して、車両２の操作者から水素充填の指示を受けた場合、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０６の処理を行う。例えば、車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下でない場合であっても（ステップＳ１０１の処理でＮＯ）、電子制御ユニット１３は、入力部１７を介して、車両２の操作者から水素充填の指示を受けることで水素タンク３の冷却を開始することができる。また、この場合、電子制御ユニット１３は、通信部１５を介して、水素ステーション３０からの電波を受信してもよい。
図２に示す水素充填システムの処理では、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の各処理を順番に行う例を示したが、第一の実施例はこれに限られない。例えば、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０１の処理を、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３の処理を行った後に行うようにしてもよい。この場合、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０２の処理でＮＯであれば、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０１の処理を行い、ステップＳ１０１の処理でＹＥＳであれば、ステップＳ１０４の処理を行う。そして、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０３の処理でＹＥＳであれば、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０１の処理を行い、ステップＳ１０１の処理でＹＥＳであれば、ステップＳ１０４の処理を行う。一方、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０３の処理でＮＯであれば、電子制御ユニット１３は、所定時間が経過した後、ステップＳ１０３の処理を再度行う。
また、図２に示す水素充填システムの処理では、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の各処理を全部行う例を示したが、第一の実施例はこれに限られない。例えば、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０１及びステップＳ１０２の各処理を省略してもよい。この場合、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０３の処理でＮＯであれば、電子制御ユニット１３は、所定時間が経過した後、ステップＳ１０３の処理を再度行う。また、例えば、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０２及びステップＳ１０３の各処理を省略してもよい。この場合、図２に示す水素充填システムの処理におけるステップＳ１０１の処理でＹＥＳであれば、電子制御ユニット１３は、ステップＳ１０４の処理を行う。
図３を参照して、本発明に係る水素充填システムの第二の実施例を説明する。第二の実施例に係る水素充填システムと第一の実施例に係る水素充填システムとの相違点は、水素タンク３の冷却方法及びそれに関連する技術である。そこで、第二の実施例では、当該相違点に着目して説明を行う。なお、同一の構成要素については、第一の実施例に係る水素充填システムと同一の符号を付し、その説明を省略する。また、必要に応じて図２の図面を参照する。
図３は、第二の実施例に係る水素充填システムの概略構成、車両２の概略構成、及び、水素ステーション３０の概略構成を示す図である。第二の実施例に係る車両２は、第一の実施例に係る車両２と比較して、バッファタンク５０、パイプ５１及びバルブ５２を備えている。バッファタンク５０は、水素ガスを一次的に収容できる機能を有するタンクであるが、これに限らず、例えば、一定以上の容積を有するパイプや水素吸蔵合金を収容するタンクであってもよい。
バッファタンク５０は、パイプ５１及びパイプ２１を介して、水素タンク３に接続されている。パイプ５１には、バルブ５２が設けられており、バルブ５２は電子制御ユニット１３と電気的に接続されている。電子制御ユニット１３は、バルブ５２の開閉及び開度を制御する。バルブ５２が開かれることにより、水素タンク３から放出される水素ガスがバッファタンク５０に収容される。
第一の実施例に係る水素充填システムにおいては、水素タンク３内に形成された冷媒流路１０を流れる冷媒により水素タンク３を冷却する。第二の実施例に係る水素充填システムにおいては、更に、水素タンク３内の水素ガスを放出させることにより、水素タンク３を冷却することができる。
水素タンク３内の水素ガスを放出させると、水素タンク３内の水素ガスが放出されるときに生じる断熱膨張による断熱冷却により水素タンク３が冷却される。電子制御ユニット１３によりバルブ５２が開かれ、水素タンク３内の水素ガスを放出させることによって水素タンク３の温度調整が行われる。
水素吸蔵合金を内部に収容する水素タンク３を用いる場合、水素タンク３内の水素ガスを放出させると、水素タンク３内の水素ガスが減圧するため、水素吸蔵合金から水素が放出される。水素吸蔵合金から水素が放出される際の吸熱反応により、水素吸蔵合金が冷却される。水素タンク３から放出される水素ガスは、バッファタンク５０に一次的に収容される。バッファタンク５０に収容された水素ガスは、燃料電池１に供給されることで燃料電池１の発電に使用される。
図２に示す第一の実施例に係る水素充填システムの処理におけるステップＳ１０６の処理では、電子制御ユニット１３は、ポンプ１１を駆動することにより、水素タンク３の冷却を開始する。第二の実施例に係る水素充填システムの処理では、電子制御ユニット１３は、更に、バルブ５２を開くことにより、水素タンク３の冷却を開始する。また、第二の実施例に係る水素充填システムの処理では、電子制御ユニット１３は、ポンプ１１を駆動させずに、バルブ５２を開くことにより、水素タンク３の冷却を開始してもよい。
第二の実施例に係る水素充填システムでは、車両２に対してバッファタンク５０、パイプ５１及びバルブ５２を追加する例を示したが、車両２が備える冷媒流路１０、ポンプ１１及びラジエータ１２を取り外してもよい。
第一及び第二の実施例によれば、水素タンク３への水素ガスの充填が開始される前に、水素タンク３の冷却が開始される。すなわち、車両２が水素ステーション３０に到着する前に、水素タンク３の冷却が開始される。車両２が水素ステーション３０に到着する前に水素タンク３の冷却が開始されることにより、水素タンク３は十分に冷却された状態となる。水素タンク３が十分に冷却された状態で水素タンク３への水素ガスの充填が行われるため、水素タンク３への水素ガスの充填時間を短縮することができる。
水素タンク３への水素ガスの充填時間が短縮されるため、車両２が水素ステーション３０に停留する時間が短縮される。この結果、車両２が水素ステーション３０に到着してか
ら水素タンク３の冷却を開始する場合よりも、車両２が水素ステーション３０に停留する時間が短縮される。
第一及び第二の実施例によれば、電子制御ユニット１３は、車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下であるか否かを判定してもよく、車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下である場合、水素タンク３の冷却を開始してもよい。これにより、水素タンク３の冷却を開始するか否かの判断を、車両２と水素ステーション３０との距離が所定距離以下であるか否かによって決定することができる。
第一及び第二の実施例によれば、電子制御ユニット１３は、水素タンク３内の水素量が所定量以下であるか否かを判定してもよく、水素タンク３内の水素量が所定量以下である場合、水素タンク３の冷却を開始してもよい。これにより、水素タンク３の冷却を開始するか否かの判断を、水素タンク３内の水素量が所定量以下であるか否かによって決定することができる。
第一及び第二の実施例によれば、電子制御ユニット１３は、表示部１６を介して、車両２の操作者に対して充填準備を開始するか否かの問い合わせを行ってもよく、充填準備を開始する旨の応答が入力部１７に入力された場合、水素タンク３の冷却を開始してもよい。これにより、水素タンク３の冷却を開始するか否かの判断を、充填準備を開始する旨の応答が入力部１７に入力されたか否かによって決定することができる。
水素タンク３から燃料電池１に水素ガスを供給し続けると、水素タンク３内の水素ガスの圧力が低下し、水素タンク３内に水素ガスが残存していても、水素タンク３から燃料電池１に水素ガスを供給できなくなる場合がある。水素タンク３から燃料電池１に水素ガスを供給できなくなった状態における水素タンク３内の水素ガスの残存量は、水素タンク３の温度に依存する。
例えば、水素タンク３の温度が６０℃の場合には水素タンク３内の水素ガスの残存量は、水素ガスの充填量（例えば、ＳＯＣ ８０％）に対して５％程度であるが、水素タンク３の温度が４０℃の場合には水素タンク３内の水素ガスの残存量は、水素ガスの充填量（例えば、ＳＯＣ ８０％）に対して１０％程度である。従って、水素タンク３の温度を高い状態にしておく方が、水素タンク３から燃料電池１に水素ガスを供給できなくなった状態における水素タンク３内の水素ガスの残存量を少なくすることができる。すなわち、水素タンク３内に充填されている水素ガスの使用量を大きくすることができる。
水素タンク３を通常温度（例えば、６０℃）よりも低い温度（例えば、４０℃）にしておくと、水素タンク３から燃料電池１に水素ガスを供給できなくなった状態における水素タンク３内の水素ガスの残存量が多くなる。そこで、水素タンク３を通常温度（例えば、６０℃）に保持しておき、水素タンク３から燃料電池１に水素ガスを供給できなくなったときに、水素タンク３の冷却を開始すれば、水素タンク３内に充填されている水素ガスの使用量を大きくするとともに、水素タンク３への水素ガスの充填時間を短縮することができる。
１ 燃料電池（ＦＣ）
２ 車両
３ 水素タンク
８ 水素流量調整バルブ
１０ 冷媒流路
１１ ポンプ
１３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１６ 表示部
１７ 入力部
３０ 水素ステーション
５０ バッファタンク

Claims (3)

  1. 水素供給源から供給される水素が充填される水素タンクを有する移動体と、
    前記水素タンクの温度調整を行う温度調整手段と、
    前記水素タンク内に水素を充填するかの判断を行う判断手段と、を備え、
    前記判断手段により前記水素タンク内に水素を充填するとの判断が行われた場合、前記水素供給源から前記水素タンクへの水素の充填が開始される前に、前記温度調整手段は前記水素タンクの冷却を開始し、
    前記判断手段は、前記移動体と前記水素供給源との間の距離を算出する距離算出手段を有し、前記移動体と前記水素供給源との間の距離が所定距離以下である場合、前記水素タンク内に水素を充填するとの判断を行うことを特徴とする水素充填システム。
  2. 前記判断手段は、前記水素タンク内の水素量が所定量以下である場合、前記水素タンク内に水素を充填するとの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載の水素充填システム。
  3. 前記判断手段は、前記移動体の操作者から前記水素タンク内に水素を充填する指示を受けた場合、前記水素タンク内に水素を充填するとの判断を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素充填システム。
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