JP6586122B2

JP6586122B2 - 水素ステーションの水素充填方法

Info

Publication number: JP6586122B2
Application number: JP2017049443A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　昇; 昇渡辺
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: JP2018151043A

Description

本発明は、水素ステーションにおける水素充填方法に関し、詳しくは、複数の蓄圧器間で水素を移充填させる水素ステーションの水素充填方法に関する。

水素自動車の燃料タンクに水素を充填するための水素ステーションにおいて、水素を充填する際には、水素を高圧で貯蔵した蓄圧器と水素自動車の燃料タンクとの圧力差により差圧充填する方法が用いられている。また、複数の蓄圧器が配管を介してそれぞれ接続され、圧力が低下した一の蓄圧器に、他の蓄圧器から水素を移充填することで蓄圧器に残留した水素を有効に利用する充填方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第６０６２１５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている水素の充填方法では、全ての蓄圧器が所定圧力以下になるまで蓄圧器間の移充填が行われなかった。このため、水素自動車への充填終了後において、蓄圧器の圧力が低下した状態のままで次の水素自動車に充填を開始することになるので、蓄圧器と水素自動車の燃料タンクとの間の圧力差が不十分となり、燃料タンクに規定の圧力まで充填することができないという課題があった。

そこで本発明は、水素自動車の充填終了から次の充填開始までの間の時間を用いて、低下した蓄圧器の圧力を効率良く回復させることで、水素の充填を滞りなく行える水素ステーションの水素充填方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の水素ステーションの水素充填方法は、水素自動車の燃料タンクに水素の充填を行う主蓄圧器と、該主蓄圧器に移充填するための水素を保持した従蓄圧器と、前記従蓄圧器と前記主蓄圧器とを接続する移充填用配管に設けられた第１圧縮機と、外部から水素を供給するための水素供給口と前記主蓄圧器、前記従蓄圧器及び前記燃料タンクとを接続する配管に設けられた第２圧縮機とを備えた水素ステーションの水素充填方法において、前記従蓄圧器から前記主蓄圧器への水素の移充填工程は、前記主蓄圧器及び前記従蓄圧器から前記燃料タンクへの水素の充填が行われていないときに開始し、前記主蓄圧器の圧力があらかじめ設定された上限値に達したとき、又は、前記従蓄圧器の圧力があらかじめ設定された下限値に達したときに終了し、前記移充填工程中に、前記水素供給口から第２圧縮機を介して前記燃料タンクに水素の充填を行うことを可能とすることを特徴としている。

さらに、前記従蓄圧器が複数設けられ、前記移充填工程は、複数の従蓄圧器の中の一つの従蓄圧器を選択して開始し、該移充填工程を行っている従蓄圧器の圧力が前記下限値に達したときには、該一つの従蓄圧器からの移充填工程を終了するとともに、他の従蓄圧器を選択して移充填工程を継続することを特徴とし、また、前記移充填工程は、前記従蓄圧器の圧力が前記主蓄圧器の圧力より高いときには、両蓄圧器の差圧によって水素の移充填を行い、前記従蓄圧器の圧力が前記主蓄圧器の圧力と同じ圧力以下のときには、従蓄圧器の水素を前記第１圧縮機で昇圧して主蓄圧器に移充填することによって行うことを特徴としている。

本発明の水素ステーションの水素充填方法によれば、水素自動車の燃料タンクに水素の充填を開始する前に、予め複数の従蓄圧器に残留した水素を主蓄圧器に移充填させて、最も高い圧力に蓄圧した状態で待機させておくことができるので、主蓄圧器と水素自動車の燃料タンクとの間に十分な圧力差を設けて、安定した条件で水素の充填を行うことができる。また、移充填の途中で、複数の従蓄圧器を、蓄圧状態に応じて適宜切り替えて移充填を継続することにより、従蓄圧器に残留した水素を効率良く利用することができる。

本発明の水素充填方法を実施するための水素ステーションの一形態例を示す系統図である。本発明の水素充填方法における移充填工程の各蓄圧器の圧力変化を示す説明図である。

図１は、本発明の水素充填方法を実施するための水素ステーションの一形態例を示す系統図である。本形態例に示す水素ステーション１０は、強固な台枠上に設置された直方体状のキャビネット１１の内部に、水素を高圧で貯蔵する主蓄圧器１２、第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５と、これらの蓄圧器に貯蔵された水素を、水素自動車１６に充填させるために必要となる後述の各種機器を収納している。

キャビネット１１の短辺１１ａの外壁には、水素自動車１６の燃料タンクに水素を充填するための接続管が連結される充填部１７が設けられており、充填部１７と各蓄圧器１２〜１５とが充填用配管１８を介してそれぞれ接続されている。また、充填用配管１８には、各蓄圧器１２〜１５に設けられた圧力計（図示せず）の検出結果に基づいて制御部（図示せず）により電気的に制御される自動開閉弁１９及び水素の逆流を防止するための逆止弁２０がそれぞれ設けられ、元弁２１を開いて水素の充填を開始できる状態とした後に、自動開閉弁１９を開いて充填部１７に水素を導入できるように構成されている。

また、制御部は、燃料タンクへの水素の充填が実行される際に、最初に用いられる主蓄圧器１２が所定の圧力まで低下したと判断すると、充填元の蓄圧器を主蓄圧器１２から第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５のいずれかに切り替え、燃料タンクとの間に十分な圧力差を設けて差圧充填を継続するように各自動開閉弁１９を開閉させる。

キャビネット１１の長辺１１ｂの外壁には、外部から水素を供給するための水素供給口２２が設けられており、水素を昇圧して各蓄圧器１２〜１５に充填する圧縮機２３の吸入側と水素供給口２２とが供給用配管２４を介して接続され、圧縮機２３の吐出側と各蓄圧器１２〜１５とが蓄圧用配管２５を介してそれぞれ接続されている。また、蓄圧用配管２５には、手動開閉弁２６、自動開閉弁２７及び逆止弁２８が設けられ、これらの開閉弁を開いて、圧縮機２３で昇圧した水素を各蓄圧器１２〜１５に充填できるように構成されている。

また、必要に応じて、手動開閉弁２６を閉じた状態で充填用配管１８と蓄圧用配管２５とを連通させる連通用配管２９に設けられた手動開閉弁３０を開いて、圧縮機２３で昇圧した水素を各蓄圧器１２〜１５を介さずに、充填用配管１８を通じて直接に充填部１７に導入できるように構成されている。

また、各蓄圧器１２〜１５には、一端が主蓄圧器１２に接続されるとともに、中間部において三つ股に分岐した他端が第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５にそれぞれ接続した移充填用配管３１が設けられ、各蓄圧器１２〜１５の自動開閉弁３２〜３５を開閉させることで、水素自動車１６への充填により圧力が低下した主蓄圧器１２に、第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５から選択的に水素を移充填させることができるように構成されている。

さらに、移充填用配管３１には、水素を主蓄圧器１２に差圧充填させるための自動開閉弁３６と、主蓄圧器１２よりも高い圧力に昇圧して主蓄圧器１２に圧縮充填させるための圧縮機３７とが並列に設けられている。そして、移充填を行う際には、移充填元となる従蓄圧器、例えば、第１従蓄圧器１３の圧力が主蓄圧器１２よりも高い場合には、自動開閉弁３３，３６を開いて差圧充填を行い、主蓄圧器１２よりも低い場合には、自動開閉弁３６を閉じた状態で圧縮機３７を用いて圧縮充填を行うように構成されている。

このように構成された水素ステーション１０は、水素自動車１６の充填終了とともに、各蓄圧器１２〜１５の圧力の検出結果に基づいて自動開閉弁３２〜３５を開閉させることで、主蓄圧器１２に、第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５から選択的に水素を移充填する移充填工程を実行し、低下した主蓄圧器１２の圧力を次の充填に備えて回復させる。

次に、上述の水素ステーション１０により実行される水素の移充填工程について、さらに図２を参照しながら説明する。図２の折れ線グラフは、前の水素自動車１６の充填終了から次の水素自動車１６の充填開始までの間の時間において、各蓄圧器１２〜１５の圧力の遷移を示すものであり、Ｐ１は主蓄圧器１２の圧力、Ｐ２は第１従蓄圧器１３の圧力、Ｐ３は第２従蓄圧器１４の圧力、Ｐ４は第３従蓄圧器１５の圧力をそれぞれ示している。

また、圧力の上限値ＰＨは、移充填工程の実行により、主蓄圧器１２の圧力が上昇したときに自動開閉弁３２を閉じて移充填を終了させる閾値（例えば、９５ＭＰａ）を示し、下限値ＰＬは、移充填元となる第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５の圧力が低下したときに各自動開閉弁３３，３４，３５を閉じて移充填を終了させる閾値（例えば、２０ＭＰａ）を示している。

まず、移充填工程を開始する際に、移充填元の対象となる従蓄圧器を、第１従蓄圧器１３、第２従蓄圧器１４及び第３従蓄圧器１５の中から決定することになるが、前の水素自動車１６の充填が終了した時刻ｔ０において、下限値ＰＬよりも圧力が低下している第３従蓄圧器１５は対象から除かれる。そして、他の第１従蓄圧器１３又は第２従蓄圧器１４のいずれかのうち、圧力が低い第２従蓄圧器１４を移充填元の対象として決定する。

次に、圧縮機３７を作動させ、自動開閉弁３２を開くとともに、自動開閉弁３４を開くと、第２従蓄圧器１４から送出された水素は、昇圧されて主蓄圧器１２に移充填される。続いて、時刻ｔ１において、第２従蓄圧器１４の圧力が下限値ＰＬまで低下すると、自動開閉弁３４を閉じて、第２従蓄圧器１４からの移充填を終了する。そして、移充填により上昇した主蓄圧器１２の圧力は、未だ上限値ＰＨに達していないので、移充填元の対象となる従蓄圧器を第１従蓄圧器１３に切り替えるとともに、自動開閉弁３３を開いて第１従蓄圧器１３からの移充填を開始し、主蓄圧器１２への水素の移充填を継続する。

第１従蓄圧器１３から送出された水素は、圧縮機３７で昇圧されて主蓄圧器１２に移充填されることで、主蓄圧器１２の圧力がさらに上昇する。そして、時刻ｔ２において、主蓄圧器１２の圧力が上限値ＰＨまで達したときに、圧縮機３７を停止するとともに、自動開閉弁３２，３３を閉じて移充填工程を終了する。移充填工程が終了した時刻ｔ２から、次の充填を開始する時刻ｔ３までは、各蓄圧器１２〜１５の圧力が維持される。

また、主蓄圧器１２の圧力が上限値ＰＨまで達する前に、第１従蓄圧器１３の圧力が下限値ＰＬまで低下した場合においても、自動開閉弁３２，３３を閉じて移充填工程を終了することとなる。

このように、水素自動車１６に水素の充填を開始するときには、予め主蓄圧器１２を最も高い圧力に蓄圧した状態で待機させておくことができるので、主蓄圧器１２と水素自動車１６の燃料タンクとの間に十分な圧力差を設けて、安定した条件で水素の充填を行うことができる。また、移充填工程の実行中に、各従蓄圧器１３，１４，１５のいずれかが下限値ＰＬに達したときに、他の従蓄圧器に切り替えて移充填を継続することにより、各従蓄圧器１３，１４，１５に残留した水素を効率良く利用することができる。

なお、本形態例では、４つの蓄圧器を設けたが、蓄圧器の数量や配管の構成は、特に限定されるものではなく、より多くの蓄圧器を設けて多段的に移充填を行えるように構成されてもよい。また、次の水素自動車の燃料タンクに充填を開始する前に移充填を終了できれば、移充填工程を実行するタイミングや、蓄圧器の圧力の上限値及び下限値を任意に設定することができる。

１０…水素ステーション、１１…キャビネット、１１ａ…短辺、１１ｂ…長辺、１２…主蓄圧器、１３…第１従蓄圧器、１４…第２従蓄圧器、１５…第３従蓄圧器、１６…水素自動車、１７…充填部、１８…充填用配管、１９…自動開閉弁、２０…逆止弁、２１…元弁、２２…水素供給口、２３…圧縮機、２４…供給用配管、２５…蓄圧用配管、２６…手動開閉弁、２７…自動開閉弁、２８…逆止弁、２９…連通用配管、３０…手動開閉弁、３１…移充填用配管、３２，３３，３４，３５…自動開閉弁、３６…自動開閉弁、３７…圧縮機

Claims

水素自動車の燃料タンクに水素の充填を行う主蓄圧器と、該主蓄圧器に移充填するための水素を保持した従蓄圧器と、前記従蓄圧器と前記主蓄圧器とを接続する移充填用配管に設けられた第１圧縮機と、外部から水素を供給するための水素供給口と前記主蓄圧器、前記従蓄圧器及び前記燃料タンクとを接続する配管に設けられた第２圧縮機とを備えた水素ステーションの水素充填方法において、前記従蓄圧器から前記主蓄圧器への水素の移充填工程は、前記主蓄圧器及び前記従蓄圧器から前記燃料タンクへの水素の充填が行われていないときに開始し、前記主蓄圧器の圧力があらかじめ設定された上限値に達したとき、又は、前記従蓄圧器の圧力があらかじめ設定された下限値に達したときに終了し、前記移充填工程中に、前記水素供給口から前記第２圧縮機を介して前記燃料タンクに水素の充填を行うことを可能とすることを特徴とする水素充填方法。
前記従蓄圧器が複数設けられ、前記移充填工程は、複数の従蓄圧器の中の一つの従蓄圧器を選択して開始し、該移充填工程を行っている従蓄圧器の圧力が前記下限値に達したときには、該一つの従蓄圧器からの移充填工程を終了するとともに、他の従蓄圧器を選択して移充填工程を継続することを特徴とする請求項１記載の水素充填方法。
前記移充填工程は、前記従蓄圧器の圧力が前記主蓄圧器の圧力より高いときには、両蓄圧器の差圧によって水素の移充填を行い、前記従蓄圧器の圧力が前記主蓄圧器の圧力と同じ圧力以下のときには、従蓄圧器の水素を前記第１圧縮機で昇圧して主蓄圧器に移充填することによって行うことを特徴とする請求項１又は２記載の水素充填方法。