JP5663503B2

JP5663503B2 - 水素ガス放散量の測定方法

Info

Publication number: JP5663503B2
Application number: JP2012007001A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　昇; 昇渡辺
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: JP2013148120A

Description

本発明は、水素ガス放散量の測定方法に関する。

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（「水素自動車」、或いは「水素エンジン自動車」ともいう）の開発が進められている。燃料電池搭載車両は、炭酸ガス、ＮＯｘ、ＳＯｘ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。

上記燃料電池搭載車両は、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ガス充填装置を備えた供給基地である水素ステーション（以下、「水素ガス充填装置」という）まで走行し、該水素ガス充填装置から水素ガスを補給する（例えば、特許文献１参照。）。

図２は、従来の水素ガス充填装置の概略構成を模式的に示す図である。
図２を参照するに、従来の水素ガス充填装置１００は、蓄圧器１０４と、水素ガス充填ライン１０５と、プレクーラー１０６と、流量調節弁１０７と、流量計１０９と、遮断弁１１１と、放散ライン１１２と、放散弁１１４と、フレキシブルホース１１５と、充填ノズル１１６と、を有する。

水素ガス充填ライン１０５は、一端が蓄圧器１０４と接続されている。プレクーラー１０６は、水素ガス充填ライン１０５の他端側に設けられている。流量調節弁１０７は、蓄圧器１０４の出口側に位置する水素ガス充填ライン１０５に設けられている。
流量計１０９は、流量調節弁１０７の下流側に位置する水素ガス充填ライン１０５に設けられている。遮断弁１１１は、プレクーラー１０６と流量計１０９との間に位置する水素ガス充填ライン１０５に設けられている。

放散ライン１１２は、遮断弁１１１とプレクーラー１０６との間に位置する水素ガス充填ライン１０５から分岐されている。放散弁１１４は、放散ライン１１２に設けられている。
フレキシブルホース１１５は、一端が水素ガス充填ライン１０５の他端と接続されている。充填ノズル１１６は、フレキシブルホース１１５の他端と接続されると共に、燃料電池搭載車両１０１の車載タンク１０２と接続されている。

ここで、図２に示す従来の水素ガス充填装置１００から燃料電池搭載車両１０１への水素ガスの充填方法、及び水素ガス充填装置１００から燃料電池搭載車両１０１の切り離し方法について説明する。

まず、始めに、水素ガス充填装置１００の充填ノズル１１６を燃料電池搭載車両１０１に接続し、次いで、蓄圧器１０４（或いは、圧縮機）から燃料電池搭載車両１０１に搭載された車載タンク１０２へ高圧の水素ガスの充填を開始し、車載タンク１０２内の圧力が３５〜７０ＭＰａの間の任意の圧力に昇圧されたら水素ガスの充填を終了する。

この際、車載タンク１０２の上流側に配置された流量調整弁１０７から車載タンク１０２までの区間が同一の圧力になる。
そして、車載タンク１０２の遮断弁（図示せず）を閉じた後、水素ガス充填装置１００から燃料電池搭載車両１０１を切り離すために、燃料電池搭載車両１０１から充填ノズル１１６を取り外す。
このとき、充填ノズル１１６は、安全のため、その一次側の圧力を０．４ＭＰａ程度に低下させなければ、燃料電池搭載車両１０１から取り外すことができない。

このため、水素ガス充填装置１００側においては、充填タンク１０２への充填が終了後、開いた状態とされた遮断弁１１１を閉じ、次いで、閉じた状態とされた放散弁１１４を開けることで、遮断弁１１１から充填ノズル１１６までの間に滞留する水素ガスを大気放出して、遮断弁１１１から充填ノズル１１６までの区間の圧力を所定の圧力以下に低下させる放散処理を行う。

該放散処理後、開いた状態とされた放散弁１１４を閉じ、最後に、充填ノズル１１６を燃料電池搭載車両１０１から切り離す（取り外す）。

特開２００３−３３６７９５号公報

ところで、車載タンク１０２への充填中に流量計１０９を通過した水素ガスの流量は、流量計１０９にて計測可能であるが、充填終了後に放散弁１１４から放出される水素ガス放散量、つまり遮断弁１１１から充填ノズル１１６までの区間に滞留した水素ガスの放出量は計測できない。
このため、実際に車載タンク１０２に充填された正確な水素ガスの量を把握できないという問題があった。

そこで本発明は、水素ガスの放散量を把握することで、充填先への正確な水素ガス充填量を把握することの可能な水素ガス放散量の測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、高圧の水素ガスを充填先へ供給するための充填ラインと、前記充填ラインから分岐して設けられ、前記水素ガスを放散する放散弁が配置された放散ラインと、前記放散ラインの分岐位置より二次側に位置する前記充填ラインに設けられたコリオリ式流量計と、を有する水素ガス充填装置を用いた水素ガス放散量の測定方法であって、充填先への水素ガス充填後に遮断弁を閉じ、前記放散弁を開いて前記コリオリ式流量計を逆流した水素ガス流量を測定することを特徴とする水素ガス放散量の測定方法が提供される。

本発明によれば、コリオリ式流量計はガスの流れ方向がどちらであっても通過したガス量を計測可能であるため、放散ラインの分岐位置より二次側に位置する充填ラインにコリオリ式流量計を設けることで、遮断弁から充填ノズルまでの間に滞留した水素ガスのうち、コリオリ式流量計を逆流して通過した水素ガスの量を把握することが可能となる。

これにより、水素ガス充填装置に設ける流量計の数を増加させることなく、放散弁から放出された水素ガスの量を測定でき、かつ放散弁から放出された水素ガス量に基づいて充填先に実際に充填された水素ガスの量をより正確に把握することができる。

本発明の実施の形態に係る水素ガス放散量の測定方法に使用する水素ガス充填装置の概略構成を示す図である。従来の水素ガス充填装置の概略構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の水素ガス充填装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る水素ガス放散量の測定方法に使用する水素ガス充填装置の概略構成を示す図である。
図１を参照するに、水素ガス充填装置１０は、水素ガス供給源１１と、充填ライン１３と、圧縮機１４と、蓄圧器１５と、流量調節弁１７と、遮断弁１８と、放散ライン２２と、放散弁２３と、コリオリ式流量計１９と、水素ガス冷却手段２５と、フレキシブルホース２６と、充填ノズル２８と、を有する。

水素ガス供給源１１は、充填ライン１３の一端と接続されており、充填ライン１３を介して、圧縮機１４に水素ガスを供給する。
圧縮機１４は、水素ガス供給源１１の後段（下流側）に位置する充填ライン１３に設けられている。圧縮機１４は、水素ガス供給源１１から供給された水素ガスを圧縮し、圧縮した水素ガスを蓄圧器１５に供給する。

蓄圧器１５は、圧縮機１４により圧縮された水素ガスを貯留すると共に、流量調節弁１７及び遮断弁１８を介して、圧縮された水素ガスを充填ライン１３に供給する。
流量調節弁１７は、蓄圧器１５の二次側（下流側）に位置する充填ライン１３に設けられている。流量調節弁１７は、その開度を調節することで、流量調節弁１７の二次側に流れる水素ガスの流量を調節するための弁である。

遮断弁１８は、流量調節弁１７の下流側に位置する充填ライン１３に設けられている。遮断弁１８は、放散ライン２２を介して、放散弁２３から水素ガスを放散する際に閉じられる弁である。
放散ライン２２は、遮断弁１８の下流側に位置する充填ライン１３から分岐している。放散弁２３は、放散ライン２２に設けられている。放散弁２３は、放散ライン２２に輸送された水素ガスを放散する際に開かれる弁である。

コリオリ式流量計１９は、放散ライン２２の分岐位置２２Ａより二次側（下流側）に位置する充填ライン１３に設けられている。コリオリ式流量計１９は、放散ライン２２の分岐位置２２Ａと水素ガス冷却手段２５との間に位置する充填ライン１３に配置されている。
コリオリ式流量計１９は、ガスの流れ方向がどちらであっても通過したガス量を計測することができる。

水素ガス冷却手段２５は、コリオリ式流量計１９の下流側に位置する充填ライン１３に設けられている。水素ガス冷却手段２５は、充填ライン１３を流れる水素ガスを冷却する冷却機構である。水素ガス冷却手段２５としては、例えば、シェル側に金属、ブライン、液化ガス等の冷媒を、チューブ側に水素ガスを通す構造のシェルアンドチューブ型熱交換器、外側管路側にブライン、液化ガス等の冷媒を、内側管路側に水素ガスを通す構造のチューブインチューブ(二重管)型熱交換器等を用いることができる。

フレキシブルホース２６は、一端が充填ライン１３の他端に接続されており、他端が充填ノズル２８と接続されている。充填ノズル２８は、燃料電池搭載車両３１の車載タンク３２と接続されている。

ここで、図１に示す水素ガス充填装置１０から燃料電池搭載車両３１への水素ガスの充填方法、及び水素ガス充填装置１０から燃料電池搭載車両３１の切り離し方法について説明する中で、本実施の形態の水素ガスの放散方法について説明する。

始めに、待機時において、蓄圧器１５に高圧の水素ガスを予め充填しておく。
次いで、水素ガス充填装置１０の充填ノズル２８を燃料電池搭載車両３１に接続し、蓄圧器１５と車載タンク３２との圧力差を利用して車載タンク３２へ高圧の水素ガスを充填する。充填中、充填ライン１３を通過する水素ガスは、コリオリ式流量計１９を正方向に流れ、コリオリ式流量計１９により水素ガスの流量が測定される。
その後、予め設定された圧力に車載タンク３２が昇圧されたら、開いた状態から遮断弁１８を閉じる。

次いで、水素ガスの放散処理を行う。具体的には、閉じられた状態の放散弁２３を開き、遮断弁１８から充填ノズル２８までの区間に滞留した水素ガスを、放散ライン２２を介して、放散弁２３の先に設けられた逆火防止器（図示せず）から大気放出させることで、遮断弁１８から充填ノズル２８までの区間の圧力を所定の圧力以下（例えば、０．４ＭＰａ以下）に低下させる。

このとき、コリオリ式流量計１９の二次側（下流側）に滞留した水素ガスはコリオリ式流量計２４を逆方向に通過するため、コリオリ式流量計１９により、逆方向に通過した水素ガスの流量を測定することが可能となる。すなわち、車載タンク３２に充填されなかった水素ガスの流量の多くを把握することが可能となる。

その後、開いた状態とされた放散弁２３を閉じる。最後に、充填ノズル２８を燃料電池搭載車両３１から切り離す。

本実施の形態の水素ガスの放散方法によれば、放散ライン２２の分岐位置２２Ａと水素ガス冷却手段２５との間に位置する充填ライン１３にコリオリ式流量計１９を設けることにより、コリオリ式流量計１９はガスの流れ方向がどちらであっても通過したガス量を計測可能であるため、遮断弁１８から充填ノズル２８までの区間に滞留した水素ガスのうち、コリオリ式流量計１９を逆流して通過した水素ガスの量を把握することが可能となる。

これにより、水素ガス充填装置１０に設ける流量計の数を増加させることなく、放散弁２３から放出された水素ガスの量を測定できるので、放散弁２３から放出された水素ガスの量に基づいて車載タンク３２（充填先）に、実際に充填された水素ガスの量をより正確に把握することができる。

また、コリオリ式流量計１９を水素ガス冷却手段２５の一次側（上流側）に設置することで、コリオリ式流量計１９の使用可能な温度下限を考慮しなくてよくなると共に、水素ガス冷却手段２５に滞留し放散された水素ガスの量も測定可能となるため、より正確な水素ガスの充填量を把握でき、かつ水素ガスの放散量の少量化が実現できる。

なお、以上の図では蓄圧器１５を利用した装置構成を例に挙げたが、圧縮機１４で昇圧した水素ガスを直接充填する構成であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明は、燃料電池搭載車両に水素ガスを充填する水素ガス放散量の測定方法に適用可能である。

１０…水素ガス充填装置、１１…水素ガス供給源、１３…充填ライン、１４…圧縮機、１５…蓄圧器、１７…流量調節弁、１８…遮断弁、１９…コリオリ式流量計、２２…放散ライン、２２Ａ…分岐位置、２３…放散弁、２５…水素ガス冷却手段、２６…フレキシブルホース、２８…充填ノズル、３１…燃料電池搭載車両、３２…車載タンク

Claims

高圧の水素ガスを充填先へ供給するための充填ラインと、前記充填ラインから分岐して設けられ、前記水素ガスを放散する放散弁が配置された放散ラインと、前記放散ラインの分岐位置より二次側に位置する前記充填ラインに設けられたコリオリ式流量計と、を有する水素ガス充填装置を用いた水素ガス放散量の測定方法であって、
充填先への水素ガス充填後に遮断弁を閉じ、前記放散弁を開いて前記コリオリ式流量計を逆流した水素ガス流量を測定することを特徴とする水素ガス放散量の測定方法。