JP6834880B2 - タンク搭載装置 - Google Patents

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Description

本発明は、タンク搭載装置に関する。
タンク搭載装置に搭載されたタンクには、燃料ガス充填装置から燃料ガスが充填される。このような燃料ガス充填装置には、燃料ガスから水分を分離する容器を備えものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１１−１４９５４１号
タンクへの燃料ガスの充填の際には、燃料ガス供給装置のノズルとタンク搭載装置のレセプタクルとが接続されて、レセプタクルとタンクとを連通する充填通路を介してタンクへ燃料ガスが充填される。ここで、ノズルやレセプタクルには、水や塵などの異物が付着している場合がある。この場合にノズルとレセプタクルとが接続されてタンクへ燃料ガスが充填されると、ノズルやレセプタクルに付着していた異物が、燃料ガスと共に充填通路内を移動して、タンクの弁機構に付着する可能性がある。例えば弁機構に塵が付着したり、又は水が付着して凍結すると、弁機構は動作不良を起こす可能性がある。また、弁機構の構成によっては、弁機構に付着した異物がタンク内へ導入されたり、燃料ガスと共に燃料電池側に搬送される可能性もある。
そこで、タンクに設けられた弁機構への異物の付着を抑制したタンク搭載装置を提供することを目的とする。
上記目的は、燃料ガスを充填するタンクと、前記タンクに設けられた弁機構と、燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、を備え、前記第１充填通路の下流端の開口の軸線の方向は、鉛直方向と交差し、前記第１充填通路の下流端の開口の軸線の方向と、前記軸線に交差する前記貯留容器の壁部の内面との間の鉛直上方側の角度は、９０度以上１８０度未満である、タンク搭載装置によって達成できる。上記構成により、燃料ガスは貯留容器を通過してタンクへと充填されるため、異物は弁機構にまでは到達せずに貯留容器に貯留される。また、第１充填通路の下流端よりも第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置しているため、貯留容器に貯留された異物は第２充填通路の上流端から離れており、異物が第２充填通路の上流端に付着して弁機構にまで到達することが抑制されている。このように、弁機構に異物が付着されるのが抑制されている。また、上記目的は、燃料ガスを充填するタンクと、前記タンクに設けられた弁機構と、燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、を備え、前記第２充填通路の上流端の開口は、水平方向又は水平方向よりも鉛直上方側を向いている、タンク搭載装置によっても達成できる。また、燃料ガスを充填するタンクと、前記タンクに設けられた弁機構と、燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、を備え、前記貯留容器は、当該貯留容器の内側面よりも内側に突出しており当該貯留容器内の最も鉛直下方側に位置した部位よりも鉛直上方側に位置しており前記第２充填通路の上流端よりも鉛直下方側に位置した遮蔽壁部が設けられている、タンク搭載装置によっても達成できる。また、上記目的は、燃料ガスを充填するタンクと、前記タンクに設けられた弁機構と、燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、前記貯留容器をバイパスして前記第１及び第２充填通路を連通したバイパス通路と、前記バイパス通路を介さずに前記貯留容器を介して前記第１及び第２充填通路が連通した連通状態、又は前記貯留容器を介さずに前記バイパス通路を介して前記第１及び第２充填通路が連通したバイパス状態に切り換える切替機構と、前記タンクへの前記燃料ガスの充填開始から所定時間経過する前まで前記連通状態とし、前記所定時間経過後から前記燃料ガスの充填が完了するまで前記バイパス状態となるように前記切替機構を制御するように構成された切替制御部と、を備えたタンク搭載装置によっても達成できる。また、上記目的は、燃料ガスを充填するタンクと、前記タンクに設けられた弁機構と、燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、前記貯留容器に貯留された前記異物を外部へと排出する排出機構と、を備え、前記排出機構は、前記貯留容器に連通した排出通路と、前記排出通路を開閉する電子制御弁と、を含み、前記第１充填通路、前記第２充填通路、及び前記貯留容器のうちの少なくとも一つの内圧が所定値未満であるか否かを判定するように構成された判定部と、前記内圧が前記所定値未満であると判定された場合に前記電子制御弁を一時的に開弁させるように構成された排出制御部と、を備えたタンク搭載装置によって達成できる。
前記第１充填通路の長さは、前記第２充填通路の長さよりも短くてもよい。
前記切替機構は、前記第１又は前記第２充填通路と前記バイパス通路との間に設けられた三方弁であってもよい。
前記内圧を検出する圧力センサを備え、前記判定部は、前記圧力センサの検出値に基づいて、前記内圧が前記所定値未満であるか否かを判定するように構成されていてもよい。
タンクに設けられた弁機構への異物の付着を抑制したタンク搭載装置を提供できる。
図１は、ガス充填システムの説明図である。 図２は、ガスステーション及び車両の説明図である。 図３Ａは、貯留容器の外観斜視図であり、図３Ｂは、貯留容器の内部構成を示した図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、変形例の貯留容器の説明図である。 図５は、変形例のシステムの説明図である。 図６は、切替制御の一例を示したフローチャートである。 図７は、切替制御の一例を示したタイミングチャートである。 図８は、変形例のシステムの説明図である。 図９は、排出制御の一例を示したフローチャートである。 図１０は、排出制御の一例を示したタイミングチャートである。
図１は、ガス充填システム１（以下、単にシステム１と称する）の説明図である。システム１は、燃料ガスを用いて発電する燃料電池２１の発電電力により走行する車両２０と、車両２０のタンク２２に燃料ガスを充填するガスステーション１０と、を備える。燃料ガスとしては、水素ガスが用いられる。図２は、ガスステーション１０及び車両２０の説明図である。
最初に、ガスステーション１０について説明する。ガスステーション１０は、蓄圧器３、冷却器５、ディスペンサ１１、充填ホース１２、ノズル１３、圧力センサ１４、通信機１５、及び制御ユニット１６、及び流量センサ１７を備える。蓄圧器３には、不図示の水素カードルから圧縮機により所定圧力まで昇圧された水素ガスが蓄えられている。冷却器５は、蓄圧器３からの水素ガスを予備冷却する。ディスペンサ１１は、冷却器５からの水素ガスを、ディスペンサ１１に接続された充填ホース１２に送り出す。ディスペンサ１１には、ユーザーにより車両２０のタンク２２に充填される水素ガスの所望の目標充填量の設定を受け付ける操作パネル１１ａが設けられている。ノズル１３は、充填ホース１２の先端に取り付けられている。圧力センサ１４及び流量センサ１７は、ノズル１３の近傍に設けられており、ノズル１３を通過する水素ガスの圧力及び流量をそれぞれ検出する。尚、圧力センサ１４及び流量センサ１７は、それぞれディスペンサ１１からノズル１３までの間の経路内の圧力及び流量を検出できればよく、ディスペンサ内部にあってもよい。通信機１５については後述する。制御ユニット１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びメモリを備えたマイクロコンピュータである。制御ユニット１６は、冷却器５、圧力センサ１４、通信機１５、及び流量センサ１７に電気的に接続されており、ガスステーション１０全体の動作を制御する。
次に、車両２０について説明する。車両２０は、燃料電池２１、タンク２２、レセプタクル２５、通信機２６、制御ユニット２８、貯留容器３０、温度センサ４１、圧力センサ４２、流量センサ４３、第１充填通路５２、第２充填通路５３、供給通路５６、モータＭ、前輪ＦＷ、及び後輪ＲＷを備える。燃料電池２１は、供給される酸化剤ガスと、タンク２２から供給される水素ガスとにより発電する。タンク２２は、高圧の水素ガスを充填可能である。第１充填通路５２及び第２充填通路５３は、ガスステーション１０から供給される水素ガスをタンク２２へ導く。第２充填通路５３は、第１充填通路５２よりも下流側に位置している。第１充填通路５２は、上流端５２１がレセプタクル２５に連通し下流端５２２が貯留容器３０に連通している。第２充填通路５３は、上流端５３１が貯留容器３０に連通し下流端５３２が後述するタンク２２の弁機構２３に連通している。貯留容器３０については後述する。供給通路５６は、タンク２２の弁機構２３に連通し、タンク２２から水素ガスを燃料電池２１に供給する。レセプタクル２５は、上述したように第１充填通路５２の上流端５２１と連通しており、タンク２２への水素ガスの充填の際にノズル１３が接続される部分であって、例えば車両２０のリッドボックスに設けられる。通信機２６及び制御ユニット２８については後述する。モータＭは、燃料電池２１から供給される電力により駆動し、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷの少なくとも一方にその動力が伝えられる車両２０の走行用のモータである。温度センサ４１は、タンク２２内での水素ガスの温度であるガス温度を検出する。圧力センサ４２及び流量センサ４３は、第２充填通路５３に設けられており、第２充填通路５３を通過する水素ガスの圧力及び流量をそれぞれ検出する。尚、圧力センサ４２及び流量センサ４３の少なくとも一方は、第１充填通路５２に設けられていてもよいし、貯留容器３０に設けられていてもよい。尚、圧力センサ４２及び流量センサ４３の少なくとも一方を貯留容器３０に設ける場合には、後述する貯留容器３０内に貯留される異物に付着しにくい位置に設けるのが望ましい。
タンク２２は、本体部２２１、本体部２２１の長手方向の一端部に取り付けられた口金２２２、及び口金２２２の開口部に設けられた弁機構２３を有している。弁機構２３は、タンク２２に水素ガスが充填される状態、及びタンク２２から燃料電池２１への水素ガスを放出される状態を切り替える。詳細には、弁機構２３は、逆止弁２３３と開閉弁２３４とを有している。弁機構２３には、第２充填通路５３の下流端５３２とタンク２２内とを連通した通路が設けられており、この通路上に逆止弁２３３が設けられている。逆止弁２３３は、第２充填通路５３側からタンク２２内への水素ガスが流れることは許容するが、タンク２２から第２充填通路５３側へ水素ガスが流れることは防止する。また、弁機構２３には、タンク２２内と供給通路５６とを連通した通路が設けられており、この通路上に開閉弁２３４が設けられている。開閉弁２３４が開閉することにより、高圧でタンク２２内に蓄圧された水素ガスが供給通路５６を介して燃料電池２１に供給される。タンク２２内の温度は、温度センサ４１により検出される。
制御ユニット２８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリを備えたマイクロコンピュータであり、入力される各センサ信号に基づき、車両２０全体の動作を制御する。制御ユニット２８は、通信機２６、温度センサ４１、圧力センサ４２、流量センサ４３、及び開閉弁２３４と電気的に接続されている。
ガスステーション１０の制御ユニット１６と車両２０の制御ユニット２８とは、通信機１５及び２６を介して所定の情報を通信可能である。通信機１５及び２６は、互いに赤外線通信等の無線通信を可能とする。制御ユニット１６は、通信機１５及び２６を介して、車両２０の制御ユニット２８からタンク２２内での圧力やガス温度等の情報を取得する。また、制御ユニット１６は、タンク２２の充填可能量やタンク２２の許容圧力等の情報を取得してもよい。制御ユニット１６は、車両２０側から取得したこれらの情報や、ディスペンサ１１の操作パネル１１ａで受け付けた水素ガスの目標充填量等の情報に基づいて、ガスステーション１０にある各機器を制御して、車両２０への水素ガスの充填速度や充填量を制御する。尚、通信機１５及び２６は、それぞれノズル１３及びレセプタクル２５の近傍に設けられており、ノズル１３及びレセプタクル２５が接続した状態で通信可能な状態となる。
次に、ガスステーション１０について詳細に説明する。ガスステーション１０は、タンク２２の水素ガスの充填量が目標充填量に到達する前に水素ガスのタンク２２への充填速度を低下させてタンク２２への水素ガスの充填を終了する燃料ガス充填装置の一例である。具体的には、ガスステーション１０の制御ユニット１６は、充填開始からのタンク２２への実際の充填量が目標充填量に近づくにつれて、段階的に又は連続的にディスペンサ１１からタンク２２への水素ガスの流量が低下するように制御する。
次に、貯留容器３０について説明する。図３Ａは、貯留容器３０の外観斜視図である。図３Ｂは、貯留容器３０の内部構成を示した図である。貯留容器３０は、底壁部３１、側壁部３３、及び上壁部３５を有している。側壁部３３は、上壁部３５から底壁部３１にかけて内径が徐々に縮小したテーパー状であるが、これに限定されない。貯留容器３０は、底壁部３１が側壁部３３及び上壁部３５よりも鉛直下方に位置している。第１充填通路５２は、上流端５２１から略水平方向に延びた水平部５２３、及び水平部５２３から下流側に連続して略鉛直下方側に延びた鉛直部５２４を有している。同様に、第２充填通路５３は、上流端５３１から略鉛直上方側に延びた鉛直部５３３、及び鉛直部５３３から下流側に連続して略水平方向に延びた水平部５３４を有している。鉛直部５２４及び鉛直部５３３は、上壁部３５にそれぞれ形成された孔を貫通している。鉛直部５２４と鉛直部５２４が貫通した孔との間はＯリング等のシール部材により気密封止されており、同様に鉛直部５３３と鉛直部５３３が貫通した孔との間もシール部材により気密封止されている。底壁部３１は、側壁部３３の下方側の開口を気密封止するように取り付けられている。従って、第１充填通路５２及び第２充填通路５３は貯留容器３０に気密に連通している。尚、底壁部３１と側壁部３３の下端部とが螺合しており、底壁部３１を回転させることにより側壁部３３から取り外すことができる。また、底壁部３１が側壁部３３から開閉可能であれば上記構成に限定されず、例えばヒンジ機構により底壁部３１が側壁部３３に開閉可能に連結された構成であってもよい。尚、鉛直部５２４と鉛直部５２４が貫通した孔との間、および鉛直部５３３と鉛直部５３３が貫通した孔との間は、例えば溶接等により接合されて気密封止されていてもよい。
タンク２２に水素ガスが充填される際には、水素ガスは第１充填通路５２の下流端５２２から貯留容器３０内に一旦排出され、貯留容器３０内で第２充填通路５３の上流端５３１から第２充填通路５３内に導入されてタンク２２へ充填される。ここで、上述したように水素ガスの充填の際には、ノズル１３とレセプタクル２５とが接続される。ノズル１３とレセプタクル２５との開口端面は外気に晒されているため、水や塵等の異物が付着している場合がある。このような場合に水素ガスの充填が行われると、水素ガスと共に異物が第１充填通路５２内を移動するが、下流端５２２と上流端５３１とは離れているため、異物は下流端５２２から排出されて貯留容器３０内の底壁部３１の上面に貯留される。このため、異物が上流端５３１から第２充填通路５３内に侵入してタンク２２の弁機構２３に付着することが抑制される。また、水分等の異物は、燃料ガスに比べて比重が大きい。このため、第１充填通路５２の下流端５２２から貯留容器３０内に排出された異物は底壁部３１近傍に貯留されて、貯留容器３０内の第２充填通路５３の上流端５３１周辺には燃料ガスのみが存在している。したがって、第２充填通路５３の上流端５３１からは貯留容器３０内の燃料ガスのみが吸引されて、タンク２２に異物が除去された燃料ガスが流入する。また、貯留容器３０内に貯留された異物は、底壁部３１を側壁部３３から取り外すことにより外部へと排出できる。底壁部３１は、貯留容器３０に貯留された異物を外部へと排出する排出機構の一例である。
ここで、第１充填通路５２の下流端５２２と第２充填通路５３の上流端５３１とは底壁部３１に対向しているが、上流端５３１は下流端５２２よりも底壁部３１から鉛直上方側に離れている。具体的には、下流端５２２は上壁部３５よりも底壁部３１の近くに位置し、上流端５３１は底壁部３１よりも上壁部３５の近くに位置する。このため、例えば貯留容器３０内での水素ガスの流動によって底壁部３１の上面に貯留された異物が巻き上げられた場合であっても、異物が上流端５３１から第２充填通路５３内に侵入することが抑制される。また、下流端５２２と上流端５３１とは、鉛直方向及び水平方向に離れている。このため、例えば下流端５２２から排出された異物が上流端５３１に付着することが抑制される。
上述したように、貯留容器３０内に貯留された異物は、底壁部３１を側壁部３３から取り外すことにより外部へと排出できるが、貯留容器３０内の異物が下流端５２２を塞ぐ前にこのようなメンテナンス作業を行う必要がある。ここで側壁部３３の内径は少なくとも貯留容器３０内に位置した第１充填通路５２及び第２充填通路５３の各内径よりも大きく形成されている。このため、貯留容器３０内での第１充填通路５２の下流端５２２よりも鉛直下方側での部位の内容積が確保されている。従って、貯留容器３０は、異物が第１充填通路５２の下流端５２２を塞がずにより多くの異物を貯留することができ、メンテナンス作業の頻度を低減できる。
また、第１充填通路５２の長さは、第２充填通路５３の長さよりも短い。換言すれば、このような長さの関係が成立する位置に貯留容器３０は設けられている。例えば、本実施例とは異なり第１充填通路５２の長さが第２充填通路５３の長さよりも長い場合には、以下のような問題が生じる可能性がある。水素ガスは冷却器５で予備冷却されてタンク２２に充填されるが、充填開始直後は冷却器５よりも下流側に残存していた冷却されていない水素ガスが先にタンク２２に充填される。したがって、充填開始直後は第１充填通路５２内の温度は比較的高く、所定時間が経過して、冷却器５を通過した水素ガスが第１充填通路５２内に流入するようになると、第１充填通路５２の温度が氷点下に低下する。この場合に例えば第１充填通路５２内に水が浸入すると、水が下流端５２２から排出される前に冷却器５を通過して冷却された水素ガスが第１充填通路内に侵入すると、第１充填通路５２内で凍結して、第１充填通路５２内を流れる水素ガスの圧損が増大する可能性がある。本実施例では、上述したように第１充填通路５２の長さは第２充填通路５３の長さよりも短いため、第１充填通路５２内に侵入した水を早期に貯留容器３０内に貯留でき、上記のような第２充填通路５３内での水の凍結が抑制される。上記の観点から、第１充填通路の長さは短いほうが好ましい。
次に、複数の変形例について説明する。変形例の説明の際には同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれ変形例の貯留容器３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃの説明図である。図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれ図３Ｂに対応している。最初に貯留容器３０ａについて説明する。貯留容器３０ａ内には、所定の間隔を空けて上流端５３１に対向した遮蔽壁部３６が形成されている。遮蔽壁部３６は、貯留容器３０ａの側壁部３３の内側面よりも内側に突出しており、貯留容器３０ａ内の最も鉛直下方側に位置した底壁部３１の内面よりも鉛直上方側に位置しており、第２充填通路５３の上流端５３１よりも鉛直下方側に位置している。従って、遮蔽壁部３６は、上流端５３１と底壁部３１との間に位置しているため、下流端５２２から排出された水素ガスが底壁部３１の上面に貯留された異物に吹き付けられて飛散したとしても、異物は遮蔽壁部３６には付着するが上流端５３１の内側への付着は抑制される。これにより、異物が上流端５３１から第２充填通路５３内に侵入することが抑制される。尚、遮蔽壁部３６は、第１充填通路５２の鉛直部５２４に接触しないように水平方向に離れた位置に設けられている。遮蔽壁部３６は薄板状である。遮蔽壁部３６の形状、大きさ、及び材質は問わないが、水素ガスの圧損の増大を抑制するために、小型である方が望ましい。
次に貯留容器３０ｂについて説明する。貯留容器３０ｂでは、上壁部３５ａには第１充填通路５２ａのみが貫通する孔が設けられており、側壁部３３ａに第２充填通路５３ａが連通する孔が設けられている。第１充填通路５２ａは、鉛直部５２４に加えて、鉛直部５２４から下流側に連続して略水平方向に延びた水平部５２５を有している。水平部５２５の端部が下流端５２２ａである。図４Ｂでは、下流端５２２ａの開口の軸線Ａ１を示している。軸線Ａ１の方向は略水平方向に延び、換言すれば鉛直方向に交差する。また、軸線Ａ１の方向と、軸線Ａ１に交差する貯留容器３０ｂの側壁部３３ａの内面との間の鉛直上方側の角度Ｄは、９０度以上１８０度未満である。このため、下流端５２２ａから排出された水素ガスの多くが、側壁部３３ａの内面に沿って鉛直下方側、即ち、底壁部３１の上面に貯留されていた異物側へと流れることが抑制されている。このため、貯留容器３０内での異物の飛散が抑制され、異物が上流端５３１ａから第２充填通路５３内に侵入することも抑制される。また、軸線Ａ１は、底壁部３１には交差せずに側壁部３３ａに交差しており、換言すれば、下流端５２２ａは底壁部３１に対向せずに側壁部３３ａに対向している。このため、下流端５２２ａから排出された水素ガスが、異物に直接吹き付けられることも抑制されている。本変形例において、軸線Ａ１の方向は水平方向に限定されず、鉛直方向と交差する方向であればよい。角度Ｄは、図４Ｂに示した角度に限定されない。また、軸線Ａ１と交差する壁部の内面は、例えば水平方向に対して傾斜した底壁部の内面であってもよい。
また、第２充填通路５３ａは、上述した実施例及び変形例とは異なり、鉛直方向に延びた鉛直部５３３は有しておらず、略水平方向に延びた水平部５３４が側壁部３３ａに気密に接続されている。従って、水平部５３４の端部が上流端５３１ａである。図４Ｂには、上流端５３１ａの開口の軸線Ａ２を示している。上流端５３１ａの開口は水平方向を向いており、軸線Ａ２は水平方向に並行である。このため、底壁部３１の上面に貯留されていた異物が、例えば車両２０に加えられた振動によって貯留容器３０内で飛散しても、異物が上流端５３１ａの内側に付着することが抑制される。尚、軸線Ａ２は、底壁部３１には交差せずに側壁部３３ａに交差している。換言すれば、上流端５３１ａは底壁部３１に対向せずに側壁部３３ａに対向している。上流端５３１ａの開口は、水平方向又は水平方向よりも鉛直上方側を向いていてもよい。この場合も、より異物が上流端５３１ａの内側に付着することが抑制されるからである。
次に貯留容器３０ｃについて説明する。貯留容器３０ｃの上壁部３５ｂには開口が形成されており、その開口の周囲に略筒状の上側壁３７が形成され、上側壁３７の上方側の開口を塞ぐ上突壁部３８が形成されている。上側壁３７内の空間と側壁部３３内の空間とは連通している。上突壁部３８には、第１充填通路５２ａの鉛直部５２４が気密に接続されている。上側壁３７の水平方向の大きさは、側壁部３３よりも小さい。上側壁３７の側面には、第２充填通路５３ｂの水平部５３４が接続されており、即ち上流端５３１ｂが気密に接続されている。また、上壁部３５ｂは、上流端５３１ｂの鉛直下方側で上側壁３７の内側面よりも内側に突出した突出部３５ｂ１を有している。従って、上壁部３５ｂの一部分である突出部３５ｂ１は、上述した遮蔽壁部３６と同様に機能し、上流端５３１ｂへの異物の付着を抑制している。
図３Ａ、図３Ｂ、及び図４Ａに示した第１充填通路５２の代わりに、図４Ｂ及び図４Ｃに示した第１充填通路５２ａを採用してもよい。図４Ｂ及び図４Ｃにそれぞれ示した貯留容器３０ｂ及び３０ｃ内に、図４Ａに示した遮蔽壁部３６を設けてもよい。図３Ａ及び図３Ｂに示した第２充填通路５３の代わりに、図４Ｂに示した第２充填通路５３ａを採用してもよい。図３Ａ、図３Ｂ、及び図４Ａに示した上壁部３５及び第２充填通路５３の代わりに、図４Ｃに示した上壁部３５ｂ、上側壁３７、上突壁部３８、及び第２充填通路５３ｂを採用してもよい。
上記実施例及び変形例では、底壁部が水平面に並行となるように貯留容器が配置されるがこれに限定されない。即ち、底壁部が水平面に対して４５度の角度範囲内で傾斜するように配置されてもよい。また、底壁部は、鉛直上方側に凹むように湾曲した形状であってもよい。
次に、変形例のシステム１ａについて説明する。図５は、変形例のシステム１ｃの説明図である。車両２０ｃは、三方弁４８とバイパス通路５４とを有している。バイパス通路５４は、貯留容器３０をバイパスして第１充填通路５２及び第２充填通路５３を連通している。詳細には、バイパス通路５４は、第１充填通路５２の途中と第２充填通路５３の途中とに連通している。第１充填通路５２とバイパス通路５４との間には三方弁４８が設けられている。三方弁４８は制御ユニット２８ｃに電気的に接続されて制御される。三方弁４８は、第１充填通路５２の三方弁４８よりも上流側の部位と第１充填通路５２の三方弁４８よりも下流側の部位とを連通しつつ第１充填通路５２とバイパス通路５４とを遮断した状態と、上述した上流側の部位と下流側の部位とを遮断しつつ上流側の部位とバイパス通路５４とを連通した状態とに切り換える。前者の状態では、バイパス通路５４を介さずに貯留容器３０を介して第１充填通路５２及び第２充填通路５３が連通した連通状態の一例である。後者の状態では、貯留容器３０を介さずにバイパス通路５４を介して第１充填通路５２及び第２充填通路５３が連通したバイパス状態の一例である。
制御ユニット２８ｃは、水素ガスの充填中に三方弁４８により上記の連通状態からバイパス状態に切替える切替制御を実行する。制御ユニット２８ｃのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリにより機能的に実現される切替制御部により実現される。
図６は、切替制御の一例を示したフローチャートである。この切替制御は、制御ユニット２８ｃにより所定の期間毎に繰り返し実行される。最初に、水素ガスの充填開始の直前であるか否かが判定される（ステップＳ１）。具体的には、リッドボックスのフューエルカバーが開いたことや、通信機１５及び２６が通信可能な状態となったことをもって、水素ガスの充填開始の直前であると判定される。ステップＳ１で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップＳ１で肯定判定の場合、三方弁４８により上述したバイパス状態から連通状態に切替えられる（ステップＳ２）。尚、水素ガスの充填中以外はバイパス状態に維持される。
次に、水素ガスの充填が開始されたか否かが判定される（ステップＳ３）。具体的には、圧力センサ４２が示す第２充填通路５３内の圧力値の上昇や、流量センサ４３が示す第２充填通路５３を流れる水素ガスの流量の上昇、温度センサ４１が示すタンク２２内の温度の上昇の少なくとも一つが検知されたことをもって、水素ガスの充填が開始されたものと判定される。ステップＳ３で否定判定の場合には再度本ステップＳ３の処理が実行される。ステップＳ３で肯定判定の場合、水素ガスの充填が開始されたと判定されてから所定時間ｔｖが経過したか否かが判定される（ステップＳ４）。所定時間ｔｖは、水素ガスの充填の開始から充填が完了するまでの時間よりも短い時間に設定される。ステップＳ４で否定判定の場合、再度ステップＳ４の処理が実行される。ステップＳ４で肯定判定の場合、三方弁４８により上述した連通状態からバイパス状態に切替えられて（ステップＳ５）、本切替制御は終了する。ステップＳ２〜Ｓ５の処理は、タンク２２への水素ガスの充填開始から所定時間ｔｖ経過する前まで連通状態とし、所定時間ｔｖ経過後から水素ガスの充填が完了するまでバイパス状態となるように三方弁４８を制御するように構成された切替制御部が実行する処理の一例である。
図７は、切替制御の一例を示したタイミングチャートである。図７では、圧力センサ４２の検出値に基づいて算出される第２充填通路５３内の圧力値と、連通状態又はバイパス状態とを示している。時刻ｔ１で充填開始直前と判定されると、三方弁４８によりバイパス状態から連通状態に切替えられる。時刻ｔ２で充填開始が検出されると、水素ガスは貯留容器３０を介してタンク２２へと充填され、圧力値は急勾配で上昇する。これにより、ノズル１３やレセプタクル２５に付着していた異物を貯留容器３０に貯留させることができる。次に、時刻ｔ２から所定時間ｔｖが経過した時刻ｔ３で、連通状態からバイパス状態に切替えられる。即ち、充填が完了する前にバイパス状態に切替えられる。このため、水素ガスは貯留容器３０をバイパスしてタンク２２に充填される。その後に圧力値の上昇率は徐々に低下して、圧力値はほぼ一定となって時刻ｔ４で水素ガスの充填が完了する。
以上のように、充填期間の前半では水素ガスは貯留容器３０を介してタンク２２に充填され、充填期間の後半では水素ガスは貯留容器３０を介さずにタンク２２に充填される。充填期間の前半ではノズル１３やレセプタクル２５に付着していた異物を貯留容器３０に貯留させることができる。また、充填期間の後半では、ノズル１３やレセプタクル２５からは異物は既に除去されており貯留容器３０に貯留されており弁機構２３に付着するおそれは少ないため、水素ガスは貯留容器３０をバイパスしてタンク２２に充填される。これにより、充填期間の後半では、水素ガスが貯留容器３０内を流れることに伴う圧損の増大を抑制でき、水素ガスの圧損の増大に伴う充填期間の長期化をも抑制できる。
図８は、変形例のシステム１ｄの説明図である。システム１ｄの車両２０ｄでの貯留容器３０ｄの底壁部３１ｄには、上述した底壁部３１とは異なり開閉可能な構成ではないが、底壁部３１ｄには排出通路５９が連通している。また、排出通路５９を開閉する排出弁４９が設けられている。また、貯留容器３０ｄには貯留容器３０ｄ内での異物の貯留量を検出する液面センサ４９ｄが設けられている。排出弁４９及び液面センサ４９ｄは、制御ユニット２８ｄに電気的に接続されている。具体的には、液面センサ４９ｄは、貯留容器３０ｄ内に貯留された液面の高さを検出する液面センサである。制御ユニット２８ｄは、液面センサ４９ｄの検出結果に基づいて排出弁４９を開弁することにより、貯留容器３０ｄ内の異物を外部へと排出する排出制御を実行する。尚、排出弁４９の開弁の際には、貯留容器３０内の異物及び水素ガスが一度に大量に外部に排出されないように、排出弁４９の開度を調整して徐々に放出することが好ましい。制御ユニット２８ｄは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリにより機能的に実現される判定部及び排出制御部により実現される。排出通路５９及び排出弁４９は、貯留容器３０に貯留された異物を外部へと排出する排出機構の一例である。排出弁４９は、排出通路５９を開閉する電子制御弁の一例である。尚、図８では、レセプタクル２５に設けられた逆止弁２５ａを図示している。
図９は、排出制御の一例を示したフローチャートである。この排出制御は、制御ユニット２８ｄにより所定の期間毎に繰り返し実行される。最初に、水素ガスの充填が完了済みであるか否かが判定される（ステップＳ１１）。例えば、圧力センサ４２が示す圧力値の変化率が所定値以内であることや、流量センサ４３が示す流量の変化率が所定値以内であること、温度センサ４１が示す温度の変化率が所定値以内であること、リッドボックスのフューエルカバーが閉じていること、通信機１５及び２６が通信不能な状態であること、の少なくとも一つによって、水素ガスの充填が完了済みであると判定される。ステップＳ１１で否定判定の場合には本制御は終了する。
ステップＳ１１で肯定判定の場合には、圧力センサ４２に基づいて第２充填通路５３内の圧力値が所定値α未満であるか否かが判定される（ステップＳ１２）。尚、上述したようにレセプタクル２５には逆止弁２５ａが設けられているため、ステップＳ１１で肯定判定の場合には、第１充填通路５２、第２充填通路５３、及び貯留容器３０ｄ内は外気とは遮断されており、第２充填通路５３の内圧と貯留容器３０ｄの内圧とは略同じである。このため、圧力センサ４２は第２充填通路５３に設けられているが、これに限定されず、第１充填通路５２に設けられていてもよいし貯留容器３０ｄに設けられていてもよい。ステップＳ１２で否定判定の場合には、再度ステップＳ１２の処理が実行される。ステップＳ１２の処理は、第１充填通路５２、第２充填通路５３、及び貯留容器３０ｄのうちの少なくとも一つの内圧が所定値未満であるか否かを判定するように構成された判定部が実行する処理の一例である。
ステップＳ１２で肯定判定の場合には、液面センサ４９ｄに基づいて貯留容器３０ｄ内での貯留量が所定値β以上であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップＳ１３で肯定判定の場合には、排出弁４９が開弁される（ステップＳ１４）。つぎに、液面センサ４９ｄに基づいて貯留容器３０ｄ内での貯留量が所定値γ未満となったか否かが判定される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で否定判定の場合には、再度ステップＳ１５の処理が実行される。ステップＳ１５で肯定判定の場合には、排出弁４９が閉弁される（ステップＳ１６）。ステップＳ１４及びＳ１６の処理は、第２充填通路５３の内圧が所定値未満であると判定された場合に排出弁４９を一時的に開弁させるように構成された排出制御部が実行する処理の一例である。
図１０は、排出制御の一例を示したタイミングチャートである。図１０では、圧力センサ４２の検出値に基づいて算出される第２充填通路５３内の圧力値と、排出弁４９の開閉状態と、貯留容器３０ｄ内での異物の貯留量とを示している。貯留量が所定値β以上で水素ガスの充填が時刻ｔ１１で完了すると、その後に燃料電池２１の駆動に伴って第１充填通路５２、第２充填通路５３、及び貯留容器３０ｄ内の圧力値は徐々に減少する。この理由は、タンク２２内の水素ガスが燃料電池２１に供給されてタンク２２の内圧が低下することにより、タンク２２の内圧が第２充填通路５３の内圧よりも所定値以上低くなり、これにより弁機構２３の逆止弁２３３が開弁して、第２充填通路５３や第１充填通路５２、貯留容器３０ｄ内の水素ガスがタンク２２内に吸引されて第２充填通路５３の内圧が低下するからである。時刻ｔ１２で圧力値が所定値α未満となると、排出弁４９が開弁され、貯留容器３０ｄ内の異物が外部へと排出される。時刻ｔ１３で貯留容器３０ｄ内での異物の貯留量が所定値γ未満となると、排出弁４９が閉弁される。
以上のように、第２充填通路５３の内圧が所定値α未満となった場合、即ち第２充填通路５３の内圧が比較的低くなった場合に排出弁４９が開弁する。例えば、第２充填通路５３の内圧が高い場合に排出弁４９が開弁すると、異物と共に水素ガスも排出される可能性がある。第２充填通路５３の内圧が比較的低い場合に排出弁４９が開弁することにより、水素ガスの排出を抑制できる。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲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。
上記実施例及び変形例では、燃料電池２１を搭載した燃料電池車両を車両の一例として説明したが、本発明を適用できる車両はこれに限定されない。例えば、水素ガス又は冷却燃料ガスにより燃焼可能な内燃機関を搭載した車両であってもよい。この場合、タンクに充填される燃料ガスとしては、水素ガスの他に、液化石油ガス、液化天然ガス、圧縮天然ガス等がある。いずれの燃料ガスも、氷点下に冷却されてから、タンクに充填される。
１０ ガスステーション（燃料ガス充填装置）
１３ ノズル
２０ 車両（タンク搭載装置）
２１ 燃料電池
２２ タンク
２３ 弁機構
２５ レセプタクル
２８ 制御ユニット
３０ 貯留容器
４２ 圧力センサ
５２ 第１充填通路
５３ 第２充填通路
５２１、５３１ 上流端
５２２、５３２ 下流端

Claims (8)

  1. 燃料ガスを充填するタンクと、
    前記タンクに設けられた弁機構と、
    燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、
    上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、
    下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、
    前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、を備え、
    前記第１充填通路の下流端の開口の軸線の方向は、鉛直方向と交差し、
    前記第１充填通路の下流端の開口の軸線の方向と、前記軸線に交差する前記貯留容器の壁部の内面との間の鉛直上方側の角度は、９０度以上１８０度未満である、タンク搭載装置。
  2. 燃料ガスを充填するタンクと、
    前記タンクに設けられた弁機構と、
    燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、
    上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、
    下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、
    前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、を備え、
    前記第２充填通路の上流端の開口は、水平方向又は水平方向よりも鉛直上方側を向いている、タンク搭載装置。
  3. 燃料ガスを充填するタンクと、
    前記タンクに設けられた弁機構と、
    燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、
    上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、
    下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、
    前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、を備え、
    前記貯留容器は、当該貯留容器の内側面よりも内側に突出しており当該貯留容器内の最も鉛直下方側に位置した部位よりも鉛直上方側に位置しており前記第２充填通路の上流端よりも鉛直下方側に位置した遮蔽壁部が設けられている、タンク搭載装置。
  4. 燃料ガスを充填するタンクと、
    前記タンクに設けられた弁機構と、
    燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、
    上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、
    下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、
    前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、
    前記貯留容器をバイパスして前記第１及び第２充填通路を連通したバイパス通路と、
    前記バイパス通路を介さずに前記貯留容器を介して前記第１及び第２充填通路が連通した連通状態、又は前記貯留容器を介さずに前記バイパス通路を介して前記第１及び第２充填通路が連通したバイパス状態に切り換える切替機構と、
    前記タンクへの前記燃料ガスの充填開始から所定時間経過する前まで前記連通状態とし、前記所定時間経過後から前記燃料ガスの充填が完了するまで前記バイパス状態となるように前記切替機構を制御するように構成された切替制御部と、を備えたタンク搭載装置。
  5. 燃料ガスを充填するタンクと、
    前記タンクに設けられた弁機構と、
    燃料ガス充填装置が有するノズルが接続されるレセプタクルと、
    上流端が前記レセプタクルに連通した第１充填通路と、
    下流端が前記弁機構を介して前記タンクに連通した第２充填通路と、
    前記第１充填通路の下流端よりも前記第２充填通路の上流端が鉛直上方側に位置して、前記第１充填通路の下流端と前記第２充填通路の上流端とを気密に連通させ、前記燃料ガス中の異物を貯留する貯留容器と、
    前記貯留容器に貯留された前記異物を外部へと排出する排出機構と、を備え、
    前記排出機構は、前記貯留容器に連通した排出通路と、前記排出通路を開閉する電子制御弁と、を含み、
    前記第１充填通路、前記第２充填通路、及び前記貯留容器のうちの少なくとも一つの内圧が所定値未満であるか否かを判定するように構成された判定部と、
    前記内圧が前記所定値未満であると判定された場合に前記電子制御弁を一時的に開弁させるように構成された排出制御部と、を備えたタンク搭載装置。
  6. 前記第１充填通路の長さは、前記第２充填通路の長さよりも短い、請求項１乃至５の何れかのタンク搭載装置。
  7. 前記切替機構は、前記第１又は前記第２充填通路と前記バイパス通路との間に設けられた三方弁である、請求項４のタンク搭載装置。
  8. 前記内圧を検出する圧力センサを備え、
    前記判定部は、前記圧力センサの検出値に基づいて、前記内圧が前記所定値未満であるか否かを判定するように構成されている、請求項５のタンク搭載装置。
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