JP6146317B2 - 燃料ガスタンク搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスタンク搭載装置に関するものである。

水素ガス等の燃料ガスを用いる、燃料電池車等の燃料ガスタンク搭載装置の開発が進められている。燃料ガスタンク搭載装置には、容量の異なる複数の燃料ガスタンクが備えられることがある。

特許文献１には、複数のタンクのうち最も放熱性の良い第１のタンクの温度情報に基づいて、第１のタンクの充填率が充填率規定値を超えないように燃料ガスの供給が制御されるタンク搭載装置が開示されている（請求項５）。
特許文献１に記載のタンク搭載装置では、充填時において温度上昇の最も小さい第１のタンクの温度情報に基づいてその充填率が算出され、この充填率を基に複数のタンクの充填が制御される。
タンクの充填率は、タンクの温度と充填されるガスの圧力で決まり、タンクの温度が低いほど高く、ガスの圧力が高いほど高い。従って、放熱性が最も良い第１のタンクの充填率が最も早く高くなる（段落００３１）。そこで、特許文献１に記載のタンク搭載装置では、放熱性の最も良い第１のタンクの充填率を監視し、その充填率が１００％となった時点で充填を完了する（段落００３０）。

特開2012-077858号公報

上記したように、特許文献１に記載のタンク搭載装置では、放熱性が最も良い第１のタンクの充填率が１００％となった時点で充填を完了する。このとき、第１のタンクよりも放熱性が良くない他のタンクは、第１のタンクとの温度差分だけ充填率が目減りする。
ここで、放熱性が最も良い第１のタンクの容量が最も小さい場合、他のタンクの充填率の目減り分が大きく、トータルの充填量が減少する。
たとえば、容量５ｋｇのタンクＡと容量１ｋｇのタンクＢとを例として、説明する。充填終了時のタンクＡとタンクＢとの温度差を２０℃とする。この温度差による充填率の目減りを５％とする。
タンクＡが放熱性が最も良い第１のタンクである場合、充填終了時のタンクＡ、Ｂのトータルの充填量は、５＋１×０．９５＝５．９５ｋｇとなる。
タンクＢが放熱性が最も良い第１のタンクである場合、充填終了時のタンクＡ、Ｂのトータルの充填量は、１＋５×０．９５＝５．７５ｋｇとなる。
タンクＡとタンクＢとの充填終了時の温度差が同じ条件であれば、容量の小さいタンクが目減りする方が、トータルの充填量を多くできる。

特許文献１に記載のタンク搭載装置では、複数のタンクの容量を考慮せずに最も放熱性の良い第１のタンクを基準としているので、放熱性が最も良い第１のタンクの容量が他のタンクより小さい場合、トータルの充填量が小さくなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数のタンクへの燃料ガスの充填の制御が容易で、かつ、複数のタンクの容量に関係なく、燃料ガスの充填終了時に燃料ガスのトータルの充填量をより多くすることが可能な燃料ガスタンク搭載装置を提供することを目的とするものである。

本発明の燃料ガスタンク搭載装置は、
容量の異なる複数の燃料ガスタンクを備えた燃料ガスタンク搭載装置であって、
燃料ガスの使用時には、前記複数の燃料ガスタンクのうち容量の最も大きい最大容量タンクの温度が最も低くなるように、前記複数の燃料ガスタンクにおける前記燃料ガスの使用量をそれぞれ制御し、前記燃料ガスの充填時には、少なくとも前記最大容量タンクの温度に基づいて算出された当該最大容量タンクの充填率に基づいて、前記複数の燃料ガスタンクへの前記燃料ガスの充填を制御する制御装置を備えたものである。

本発明によれば、複数のタンクへの燃料ガスの充填の制御が容易で、かつ、複数のタンクの容量に関係なく、燃料ガスの充填終了時に燃料ガスのトータルの充填量をより多くすることが可能な燃料ガスタンク搭載装置を提供することができる。

本発明に係る一実施形態の燃料ガスタンク搭載装置の概略構成図である。 空状態から燃料ガスを充填したときの充填時間とタンク温度との関係を示すグラフの例である。 燃料ガス使用時の使用時間とタンク温度との関係を示すグラフの例である。

「燃料ガスタンク搭載装置」
図１を参照して、本発明に係る一実施形態の燃料ガスタンク搭載装置の構成について説明する。図１は、燃料ガス充填装置２から燃料ガスタンク搭載装置１に燃料ガスを充填している様子を示している。

燃料ガスとしては、水素ガス等が挙げられる。
燃料ガスタンク搭載装置１としては、燃料電池車等が挙げられる。
燃料ガス充填装置２としては、水素ガスステーション等が挙げられる。

本実施形態の燃料ガスタンク搭載装置１は、容量の異なる複数の燃料ガスタンクを備える。
図示する例では、容量の異なる複数の燃料ガスタンクとして、相対的に容量の大きい大容量タンク１０と、相対的に容量の小さい小容量タンク２０とを備えている。
ここでは、大容量タンク１０が最大容量タンクである。

大容量タンク１０には、燃料ガス出入口を開閉するバルブ主止弁１１と、タンク温度を測定する温度センサ等の温度測定手段Ｔ１とが設けられている。同様に、小容量タンク２０には、燃料ガス出入口を開閉するバルブ主止弁２１と、タンク温度を測定する温度センサ等の温度測定手段Ｔ２とが設けられている。

ガスタンク搭載装置１には、燃料ガス充填装置２から燃料ガスが充填される燃料ガス充填口３０が設けられている。
燃料ガス充填口３０に燃料ガス流路４１が接続されている。燃料ガス流路４１は燃料ガス流路４２と燃料ガス流路４３とに分岐され、それぞれ大容量タンク１０、小容量タンク２０に接続されている。
大容量タンク１０には、燃料ガスの使用時にタンクから流出する燃料ガスが流下する燃料ガス流路４４が接続されている。同様に、小容量タンク２０には、燃料ガスの使用時にタンクから流出する燃料ガスが流下する燃料ガス流路４５が接続されている。燃料ガス流路４４、４５は燃料ガス流路４６に合流接続されている。

燃料ガス流路４１の分岐点には、燃料ガスの充填時に、大容量タンク１０、小容量タンク２０、および燃料ガス流路４１〜４３内の燃料ガスの圧力を測定する圧力計Ｐ１が設けられている。
燃料ガス流路４４、４５の合流点には、燃料ガスの使用時に、大容量タンク１０、小容量タンク２０、および燃料ガス流路４４〜４６内の燃料ガスの圧力を測定する圧力計Ｐ１が設けられている。

ガスタンク搭載装置１には、燃料ガスの充填と使用を制御する制御装置５０が搭載されている。
制御装置５０には、燃料ガスの充填時において、温度測定手段Ｔ１、Ｔ２、および圧力計Ｐ１の測定データが提供される。
制御装置５０にはまた、燃料ガスの使用時において、温度測定手段Ｔ１、Ｔ２、および圧力計Ｐ２の測定データが提供される。
制御装置５０はこれらデータに基づいて、大容量タンク１０、小容量タンク２０のバルブ主止弁１１、２２の開閉を制御し、燃料ガスの充填と使用を制御する。
制御装置５０には、燃料ガス充填装置２に充填制御情報を送信する赤外線送信機６０が接続されている。制御装置５０は、赤外線送信機６０を用いた赤外線通信によって、燃料ガス充填装置２からの燃料ガスの供給と停止を制御する。

燃料ガス充填装置２には、燃料ガス貯蔵部７１、ガスタンク搭載装置１の燃料ガス充填口３０に接続される接続部７２、燃料ガス貯蔵部７１と接続部７２とを接続する燃料ガス流路７３、および、ガスタンク搭載装置１の赤外線送信機６０からの充填制御情報を受信する赤外線受信機７４が備えられている。

本実施形態において、例えば、空状態から燃料ガスを充填したときの充填時間とタンク温度との関係が図２に示すものであったとする。
この例では、大容量タンク１０および小容量タンク２０のうち、小容量タンク２０の方が放熱性が良く、温度上昇が小さい。タンクの充填率は、タンク温度と充填されるガスの圧力で決まり、タンク温度が低いほど高く、ガス圧力が高いほど高い。したがって、特段の工夫をしなければ、小容量タンク２０の充填速度が最も速くなる。
「背景技術」の項に挙げた特許文献１では、小容量タンク２０が所望値になった時点で充填を完了する。小容量タンク２０の充填終了時の大容量タンク１０と小容量タンク２０との温度差をΔＴとすると、大容量タンク１０の充填率は、充填終了時のタンク温度差ΔＴ分、目減りする。そして、「発明が解決しようとする課題」の項で述べたように、容量の大きいタンクが目減りする方がトータルの充填率は低下する。

本実施形態では、ガスタンク搭載装置１の制御装置５０は、燃料ガスの使用時には、複数の燃料ガスタンクのうち容量の最も大きい最大容量タンク（本実施形態では、大容量タンク１０）の温度が最も低くなるように、複数の燃料ガスタンクにおける燃料ガスの使用量をそれぞれ制御する。
制御装置５０は、図２に示したデータを基に、燃料ガスの使用時に、上記条件となるように、バルブ主止弁１１、２１の開閉を制御して、複数の燃料ガスタンクにおける燃料ガスの使用量をそれぞれ制御する。
燃料ガス使用時の使用時間とタンク温度との関係の例を図３に示す。
図３に示すように、好ましくは、制御装置５０は、燃料ガス使用時において、大容量タンク１０の温度が、小容量タンク２０の温度より上記温度差ΔＴだけ低くなるように、制御する。

上記のように燃料ガスの使用を制御すると、次の燃料ガスの充填開始時には、最大容量タンク（本実施形態では、大容量タンク１０）の温度が最も低くなっている。この場合、最大容量タンク（本実施形態では、大容量タンク１０）の充填速度が最も速く、充填率が最も速く所望値（１００％またはそれに近い値）となる。
そこで、ガスタンク搭載装置１の制御装置５０は、燃料ガスの充填時には、最大容量タンク（本実施形態では、大容量タンク１０）の温度に基づいて算出された最大容量タンクの充填率に基づいて、複数の燃料ガスタンクへの燃料ガスの充填を制御する。
制御装置５０は、大容量タンク１０の充填率が所望値（１００％またはそれに近い値）となった時点で充填を終了するよう制御する。制御装置５０は、大容量タンク１０の充填率が所望値となったと判断したとき、バルブ主止弁１１、２１を閉じ、燃料ガス充填装置２にもその情報を送信して、燃料ガス充填装置２からの燃料ガスの充填を停止させる。
なお、制御装置５０は必要に応じて、最大容量タンクの温度だけでなく、他のタンクの温度と充填率を考慮することができる。

本実施形態では、初回充填時を除けば、常に、充填開始時に最大容量タンク（本実施形態では、大容量タンク１０）の温度を他のタンクの温度より低くし、最大容量タンクの充填率を最も速く所望値（１００％またはそれに近い値）にすることができる。充填終了時に、最大容量タンクより容量の小さい他のタンクの充填率は目減りする可能性もあるが、トータルの充填量を多くできる。

上記したように、好ましくは、制御装置５０は、燃料ガス使用時において、大容量タンク１０の温度が、小容量タンク２０の温度より上記温度差ΔＴだけ低くなるように、制御する。この場合、大容量タンク１０の充填率が所望値（１００％またはそれに近い値）になったときに、小容量タンク２０の温度を大容量タンク１０の温度と同等レベルにすることができ、小容量タンク２０の目減り量を少なくできる。

なお、本実施形態では、空状態から同条件で燃料ガスを充填したときの充填時間とタンク温度との関係において、大容量タンク１０の温度上昇が小容量タンク２０より大きい場合について説明したが、大容量タンク１０の温度上昇が小容量タンク２０より小さい場合においても、制御装置５０の動作は同様である。
本発明はまた、３以上の燃料ガスタンクを備えた燃料ガスタンク搭載装置にも適用可能である。

本実施形態では、最大容量タンク（本実施形態では、大容量タンク１０）の温度に基づいて燃料ガスの充填制御を行えばよいので、複数のタンクへの燃料ガスの充填の制御が容易である。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数のタンクへの燃料ガスの充填の制御が容易で、かつ、複数のタンクの容量に関係なく、燃料ガスの充填終了時に燃料ガスのトータルの充填量をより多くすることが可能な燃料ガスタンク搭載装置１を提供することができる。

本発明は、燃料電池車等の燃料ガスタンク搭載装置に好ましく利用できる。

１ 燃料ガスタンク搭載装置
２ 燃料ガス充填装置
１０ 大容量タンク
１１ バルブ主止弁
２０ 小容量タンク
２１ バルブ主止弁
３０ 燃料ガス充填口
４１〜４６ 燃料ガス流路
５０ 制御装置
６０ 赤外線送信機
７１ 燃料ガス貯蔵部
７２ 接続部
７３ 燃料ガス流路
７４ 赤外線受信機
Ｐ１、Ｐ２ 圧力計
Ｔ１、Ｔ２ 温度測定手段

Claims (1)

1. 容量の異なる複数の燃料ガスタンクを備えた燃料ガスタンク搭載装置であって、
   前記複数の燃料ガスタンクのタンク温度を測定する温度測定手段と、
   燃料ガス充填装置に接続されていない燃料ガスの使用時には、前記複数の燃料ガスタンクのうち容量の最も大きい最大容量タンクの温度が最も低くなるように、前記複数の燃料ガスタンクにおける前記燃料ガスの使用量をそれぞれ制御し、燃料ガス充填装置に接続されている前記燃料ガスの充填時には、少なくとも前記最大容量タンクの充填開始時の温度に基づいて算出された当該最大容量タンクの充填率に基づいて、前記複数の燃料ガスタンクへの前記燃料ガスの充填を制御する制御装置を備えた、燃料ガスタンク搭載装置。

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