JP7472863B2 - ガス供給装置及び、それを備える水素ステーション - Google Patents

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Description

本明細書に開示の技術は、水素ガスを車両に供給するガス供給装置及び、それを備える水素ステーションに関する。
特許文献1に水素ガスを車両に充填するガスシステムが開示されている。水素ガスを燃料とする車両では、水素ガスは、氷点下の温度まで冷却された状態で車両に充填される。これに伴い、水素ガスを車両に充填する際、車両のレセプタクルに接続される充填ノズルの温度も氷点下まで低下する。仮に充填ノズルに水が付着していると、当該水が水素ガスの温度によって凍結し、充填ノズルとレセプタクルとが固着するおそれがある。特許文献1のガスシステムでは、水素ガスを車両に充填する際に、充填ノズルを防水カバーで覆う。これにより、水素ガスの充填時に、充填ノズルに雨水等が付着することを防止する。
国際公開第2010/067444号公報
水素ガスの充填後、充填ノズルは、車両のレセプタクルから取り外され、所定の場所に収容される。その際、氷点下の水素ガスが通過した充填ノズルは、低温のまま収容される。低温の充填ノズルと大気とが接触すると、充填ノズルの表面で結露が発生し、充填ノズルに水が付着するおそれがある。これを避けるために、充填ノズルを収容ボックスに収容し、充填ノズルの開口を封止することで、充填ノズルと大気とが接触することを防止することが考えられる。しかしながら、充填ノズルが車両のレセプタクルと接続されている間に、雨水等が収容ボックスに降り込むと、収容ボックス内に雨水が溜まり、収容ボックス内で充填ノズルに雨水が付着するおそれがある。本明細書では、収容ボックスに収容される充填ノズルに水が付着することを抑制することができる技術を提供する。
本明細書が開示するガス供給装置は、充填ノズルと、収容ボックスと、を備える。充填ノズルは、車両のレセプタクルに着脱可能に構成され、その先端に設けられた開口を介して前記車両に水素ガスを充填する。収容ボックスは、前記レセプタクルから取り外された前記充填ノズルを収容する。前記収容ボックスは、排水口と、前記排水口を閉鎖する可動壁と、を備える。前記可動壁は、前記収容ボックスに収容されている前記充填ノズルの前記開口を封止する。
上述した構成によると、可動壁が収容ボックスに収容されている充填ノズルの開口を封止する。これにより、充填ノズルの開口周辺と大気とが接触しない。このため、充填ノズルの表面で結露が発生することを抑制することができる。また、収容ボックスは、可動壁で閉鎖される排水口を備える。これにより、充填ノズルが車両のレセプタクルと接続されている間に、収容ボックス内に雨水が降り込んでも、雨水が外部に排出され、収容ボックス内に雨水が溜まらない。可動壁は、排水口を閉鎖する機能と、充填ノズルの開口を封止する機能と、を有する。すなわち、収容時に充填ノズルの開口を封止する可動壁を可動させることで、収容ボックス内の水を排出することができる。その結果、排水口を閉鎖する壁が可動せず、別個に排水口を設ける構成に比して、収容ボックスの排水口の面積を大きくすることができる。このように、本明細書が開示する技術は、充填ノズルの表面に水が付着することを抑制することができる。
本明細書が開示するガス供給装置を備える水素ステーションも、新規で有益である。
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
実施例のガス供給装置10を備える水素ステーション100の概略図を示す。 図1の線II-IIに沿った断面図を示す。 充填ノズル30が収容ボックス20から取り外された状態における図2と同様の断面図を示す。 ガス供給装置10の制御部40が実行する処理のフロー図を示す。
本技術の一実施例では、前記可動壁には、前記収容ボックスに収容されている前記充填ノズルの前記先端と当接するシール材が配置されていてもよい。このような構成によると、シール材によって、比較的簡単な構造によって充填ノズルの開口を封止することができる。
本技術の一実施例では、前記収容ボックスは、前記先端が下方に向くように前記充填ノズルを収容してもよい。この場合、前記可動壁は、前記収容ボックスの底壁であってもよい。高圧の水素ガスを充填する充填ノズルは、高重量を有する。このような構成によると、ユーザは、高重量を有する充填ノズルを比較的収容ボックスに収容しやすい。また、充填ノズルの重量により、充填ノズルの開口が収容ボックスの底壁(即ち、可動壁)に強く当接することで、充填ノズルの開口がしっかりと封止される。
本技術の一実施例では、ガス供給装置は、前記可動壁を、前記排水口を閉鎖する閉鎖位置と前記排水口を開放する開放位置との間で動作させるアクチュエータと、前記充填ノズルが前記収容ボックスに収容されていることを検知する収容センサと、前記アクチュエータを制御する制御部と、をさらに備えてもよい。前記制御部は、前記充填ノズルが前記収容ボックスに収容されている場合に、前記可動壁を前記閉鎖位置に保持し、前記充填ノズルが前記収容ボックスに収容されていない場合に、前記可動壁を前記開放位置に動作させてもよい。このような構成によると、自動で収容ボックスの可動壁が閉鎖位置と開放位置との間で動作するため、例えばユーザの手動によって可動壁を動作させる構成に比して、より確実に充填ノズルの表面に水が付着することを抑制することができる。
本技術の一実施例では、ガス供給装置は、前記水素ガスの前記車両への充填が完了したことを検知する充填完了センサと、報知部と、をさらに備えてもよい。その場合、前記制御部は、前記水素ガスの前記車両への充填が完了した後に、前記充填ノズルを前記収容ボックスに収容することを促す警告を前記報知部に報知させてもよい。このような構成によると、充填ノズルを収容ボックスに収容することをユーザが失念することを防止することができる。その結果、確実に充填ノズルが収容ボックスに収容されるため、充填ノズルの表面に水が付着することを抑制することができる。
(実施例)
図面を参照して実施例のガス供給装置について説明する。最初に、図1を参照して、実施例のガス供給装置10が配置される水素ステーション100について説明する。水素ステーション100は、燃料電池車両2に水素ガスを供給するための施設である。水素ステーション100は、ガス供給装置10を備える。水素ステーション100は、ガス供給装置10を利用して、燃料電池車両2に水素ガスを供給する。水素ステーション100では、燃料電池車両2のユーザが、自らガス供給装置10を操作して、水素ガスを燃料電池車両2に供給する。なお、本実施例の水素ステーション100は、1つのガス供給装置10を備えるが、変形例の水素ステーション100は、複数個のガス供給装置10を備えてもよい。
ガス供給装置10は、装置本体12と、ホース18と、充填ノズル30と、収容ボックス20と、を備える。装置本体12は、水素ステーション100の水素ガス貯蔵庫(図示省略)と接続されている。装置本体12は、ディスプレイ14と、制御部40と、スピーカ16と、を備える。装置本体12は、水素ガス貯蔵庫から水素ガスを取り出す。装置本体12は、ホース18及び充填ノズル30を介して、取り出した水素ガスを燃料電池車両2に供給する。
ディスプレイ14は、ユーザに対して、ガス供給装置10の操作を指示する様々な内容を表示する。ディスプレイ14は、例えば、充填後の料金精算等を促す画像を表示する。制御部40は、CPUを備えるコンピュータである。制御部40は、ガス供給装置10の様々な動作を制御する。スピーカ16は、ユーザに対して、音声、警告音等を出力する。
ホース18は、装置本体12に対して伸縮可能であり、その基端は装置本体12に接続されている。ホース18の先端には、充填ノズル30が固定されている。図1の破線で示されるように、燃料電池車両2に水素ガスを供給する場合、ユーザは、充填ノズル30を燃料電池車両2に向かって移動させる。その後、ユーザは。充填ノズル30を燃料電池車両2のレセプタクル6に接続し、水素ガスの供給を開始する。これにより、水素ガスがホース18及び充填ノズル30を介して、燃料電池車両2の燃料タンク4に充填される。水素ガスの充填が完了すると、スピーカ16を介して、その旨が報知される。これによりユーザは、充填ノズル30をレセプタクル6から取り外し、収容ボックス20に収容する。
図2を参照して、充填ノズル30及び収容ボックス20の詳細構造について説明する。充填ノズル30は、中空の円筒形状を有する。充填ノズル30は、カバー32と、圧縮管34と、を備える。カバー32は、水素ガスを燃料電池車両2に供給する際に、レセプタクル6と嵌合する。圧縮管34は、ホース18と連通する水素経路を形成する。水素ガスは、高圧で圧縮された状態で、燃料電池車両2供給される。このため、圧縮管34は、高剛性の金属で構成される。その結果、充填ノズル30は高重量を有する。
収容ボックス20は、矩形の箱形状を有する。収容ボックス20は、ボックス本体22と、可動壁28と、アクチュエータ26と、収容センサ24と、ゴム板29と、を備える。ボックス本体22の上面及び下面は、開放されている。ボックス本体22の下方には、排水口23が設けられている。
可動壁28は、収容ボックス20の底壁を構成する板である。詳細は後述するが、可動壁28は、アクチュエータ26によって開閉可能である。アクチュエータ26は、モータ(図示省略)を含んでおり、可動壁28を開閉する。収容センサ24は、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていることを検知するセンサである。具体的には、収容センサ24は、充填ノズル30のカバー32と接触する接触子(図示省略)を有する。収容センサ24は、接触子の変位がある場合に、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていると検知する。この場合、収容センサ24は、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていることを示す収容信号を、制御部40(図1参照)に送信する。一方、収容センサ24は、接触子の変位が無い場合に、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていないことを検知する。この場合、収容センサ24は、収容信号を制御部40に送信しない。なお、収容センサ24の具体的な構成は特に限定されない。例えば、収容センサ24には、接触式又は非接触式にかかわらず、各種の近接センサを採用することができる。
図2に示されるように、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されている場合、ボックス本体22の排水口23は、可動壁28で閉鎖される。可動壁28の充填ノズル30と対向する面には、ゴム板29が配置されている。ゴム板29は、典型的にはシリコンゴムで構成される。図2に示されるように、収容ボックス20の上方から、充填ノズル30が収容される。その結果、ゴム板29の封止面29sと、充填ノズル30の先端33とが当接する。これにより、充填ノズル30の重みで、ゴム板29が弾性変形する。その結果、充填ノズル30の先端33の開口36が封止される。
水素ガスは、例えば、マイナス20℃程度まで冷却された状態で、燃料電池車両2に供給される。このため、水素ガスを充填した後の充填ノズル30の圧縮管34の表面の温度も、氷点下まで低下する。このため、収容ボックス20に充填ノズル30に収容されている間に、充填ノズル30のカバー32の内側に大気が入り込むと、圧縮管34の表面で結露が発生し、圧縮管34の表面に水が付着するおそれがある。先に述べたように、本実施例のガス供給装置10では、充填ノズル30の開口36は、収容ボックス20のゴム板29によって封止される。このため、収容ボックス20に充填ノズル30に収容されている間に、充填ノズル30のカバー32の内側に大気が入り込むことを抑制することができる。すなわち、収容ボックス20に充填ノズル30に収容されている間に、充填ノズル30の圧縮管34の表面に水が付着することを抑制することができる。
図3を参照して、燃料電池車両2(図1参照)に水素ガスを供給するために、充填ノズル30が収容ボックス20から燃料電池車両2に向かって移動した際の収容ボックス20について説明する。
充填ノズル30が収容ボックス20から移動すると、収容センサ24が、充填ノズル30が収容ボックス20から取り外されたことを検知する。その場合、収容センサ24は、上述した収容信号の制御部40(図1参照)への送信を中止する。これにより、制御部40は、充填ノズル30が収容ボックス20から取り外されたと判断することができる。この場合、制御部40は、アクチュエータ26に対して、可動壁28を開かせる開放信号を送信する。その結果、図3に示されるように、可動壁28が、排水口23を開放する。
充填ノズル30が収容ボックス20から移動すると、上方が開放された収容ボックス20内に、雨水50が降り込むことがある。特に、水素ガスを扱う水素ステーションでは、ガス供給装置10の周辺に水素ガスを滞留させないために、ガス供給装置10の上方が開放されていることも多い。そのため、水素ステーション100では、雨天時に収容ボックス20内に雨水50が入り込みやすい。仮に可動壁28が排水口23を閉鎖した状態で、収容ボックス20内に雨水50が入り込むと、再び充填ノズル30が収容ボックス20に収容された際に、充填ノズル30の開口36内に雨水50が付着する。
図3に示されるように、収容ボックス20は、充填ノズル30が移動すると、可動壁28を動作させて、排水口23を開放する。このため、雨水50は、収容ボックス20内に溜まらない。すなわち、本明細書が開示するガス供給装置10は、充填ノズル30の開口に雨水50が付着することを防止することができる。
さらに、可動壁28は、封止面29sが下方を向くまで動作する。別言すれば、可動壁28は、ボックス本体22の下端との角度T1が鈍角になるまで動作する。これにより、雨水50が、排水口23を開放する可動壁28の封止面29sに付着することを防止することができる。
図4を参照して、燃料電池車両2に水素ガスを供給する際に、ガス供給装置10の制御部40が実行する処理について説明する。制御部40は、充填ノズル30が収容ボックス20から取り外されたか否かを監視する(ステップS2)。先に述べたように制御部40は、収容センサ24からの収容信号の受信が中止された場合に、充填ノズル30が収容ボックス20から取り外されたと判断して(ステップS2:YES)、アクチュエータ26によって可動壁28を開く(ステップS4)。一方、制御部40は、収容信号を受信する場合、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていると判断して、再び充填ノズル30が収容ボックス20から取り外されたか否かを監視する。すなわち、制御部40は、収容信号を受信が中断される、ステップS2の処理を繰り返す。
次いで、制御部40は、ユーザが充填ノズル30の燃料電池車両2のレセプタクル6(図1参照)への接続を検知する(ステップS6)。具体的には、制御部40は、充填ノズル30から、レセプタクル6との接続が完了した信号を受信する。これにより、制御部40は、水素ガスの充填を開始する(ステップS8)。その結果、燃料電池車両2の燃料タンク4に水素ガスが充填される。
ユーザが希望した量の水素ガスが燃料タンク4に充填されると、制御部40は、水素ガスの充填を完了する(ステップS10)。具体的には、制御部40は、充填ノズル30の圧縮管34に設けられた圧力センサ35から、燃料タンク4内の圧力を受信する。制御部40は、燃料タンク4内の圧力が、所定の閾値を超えた場合に、燃料タンク4内にユーザが希望した量の水素ガスが燃料タンク4に充填されたと判断する。制御部40は、このように、水素ガスの燃料電池車両2への充填が完了したことを検知する。
次いで、制御部40は、水素ガスの充填が完了したことと、充填ノズル30を収容ボックス20にしまうことと、を示すメッセージをディスプレイ14に表示する(ステップS12)。これにより、ユーザに対して、充填ノズル30を収容ボックス20に収容することを促すことができる。
その後、制御部40は、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されているか否かを監視する(ステップS14)。具体的には、制御部40は、収容ボックス20の収容センサ24から、収容信号を受信したか否かを判断する。制御部40は、収容信号を受信した場合(ステップS14:YES)、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されたと判断して、アクチュエータ26によって可動壁28を閉じる。これにより、先に述べたように、充填ノズル30の先端33の開口36が、可動壁28のゴム板29によって封止される。その後、制御部40は、ディスプレイ14に充填した水素ガスの量に応じた料金を提示し、ユーザから料金精算を受け付ける(ステップS18)。ユーザから料金精算を受け付けると、制御部40は、処理を終了する。
このように、制御部40が、収容信号を受信した場合に、収容ボックス20の可動壁28を閉じる。別言すれば、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていない状態では、排水口23の開放が保持される。その結果、充填ノズル30が収容ボックス20に収容される直前まで、収容ボックス20に雨水50が入り込むことを防止することができる。さらに、ユーザが可動壁28を手動で閉じる必要がないため、水素ガスの充填後、充填ノズル30が収容ボックス20に収容された場合に、確実に収容ボックス20の排水口23を閉鎖することができる。
一方、制御部40は、収容信号を受信しない場合(ステップS14:NO)、警告音を報知する(ステップS20)。これにより、ユーザに対して、充填ノズル30を収容ボックス20に収容することを促すことができる。その結果、ユーザは、確実に充填ノズル30を収容ボックス20に収容することとなり、上述したように、収容ボックス20が、充填ノズル30に水が付着することを防止することができる。
(対応関係)ゴム板29が「シール材」の一例である。図3に示す可動壁28が開いた状態が、「開放位置」の一例である。図2に示す可動壁28が閉じた状態が、「閉鎖位置」の一例である。圧力センサ35が「充填完了センサ」の一例である。スピーカ16が「報知部」の一例である。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
(変形例1)上述したガス供給装置10では、収容ボックス20の可動壁28にゴム板29が配置されていたが、本変形例では、これに代えて、充填ノズル30の先端33にシール材が配置されてもよい。また、さらなる変形例では、ゴム板29に代えて、充填ノズル30のカバー32を外側から覆う中空の円筒形状を有するゴム板29を用いてもよい。さらに、収容ボックス20は、ゴム板29を備えなくてもよい。すなわち、シール材は、省略可能である。
(変形例2)上述した収容ボックス20では、充填ノズル30が、上方から収容されている。本変形例では、これに代えて、収容ボックス20は、充填ノズル30を水平方向に収容してもよい。また、さらなる変形例では、収容ボックス20は、その先端が下斜め方向を向くように傾斜させた状態で、充填ノズル30を収容してもよい。
(変形例3)上述したガス供給装置10は、充填ノズル30が収容ボックス20から取り外された場合に、アクチュエータ26によって自動で可動壁28が動作した。本変形例では、これに代えて、ユーザが、手動で可動壁28を開いて、排水口23を開放してもよい。
(変形例4)上述したガス供給装置10は、充填ノズル30が収容ボックス20に収容されていない場合に、スピーカ16から警告音を出力した。本変形例では、これに代えて、ディスプレイ14が点滅することで、ユーザに充填ノズル30を収容ボックス20に収容することを促してもよい。さらなる変形例では、音声によってユーザに充填ノズル30を収容ボックス20に収容することを促してもよい。また、別の変形例では、ガス供給装置10は、警告音を出力しなくてもよい。その場合、ガス供給装置10は、スピーカ16を備えなくてもよい。すなわち「報知部」は省略可能である。
(変形例5)上述したガス供給装置10は、制御部40は、圧力センサ35の検知する圧力によって、水素ガスが燃料タンク4に充填されたか否かを判断した。本変形例では、これに代えて、制御部40は、水素ガスの流量を検知する流量センサによって、水素ガスが燃料タンク4に充填されたか否かを判断してもよい。この場合、流量センサが、「充填完了センサ」の一例である。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2 :燃料電池車両
4 :燃料タンク
6 :レセプタクル
10 :ガス供給装置
12 :装置本体
14 :ディスプレイ
16 :スピーカ
18 :ホース
20 :収容ボックス
22 :ボックス本体
23 :排水口
24 :収容センサ
26 :アクチュエータ
28 :可動壁
29 :ゴム板
29s :封止面
30 :充填ノズル
32 :カバー
33 :先端
34 :圧縮管
35 :圧力センサ
36 :開口
40 :制御部
50 :雨水
100 :水素ステーション

Claims (5)

  1. 車両のレセプタクルに着脱可能に構成され、その先端に設けられた開口を介して前記車両に水素ガスを充填する充填ノズルと、
    前記レセプタクルから取り外された前記充填ノズルを収容する収容ボックスと、を備え、
    前記収容ボックスは、排水口と、前記排水口を閉鎖する可動壁と、を備え、
    前記可動壁は、前記収容ボックスに収容されている前記充填ノズルの前記開口を封止し、
    さらに、
    前記可動壁を、前記排水口を閉鎖する閉鎖位置と前記排水口を開放する開放位置との間で動作させるアクチュエータと、
    前記充填ノズルが前記収容ボックスに収容されていることを検知する収容センサと、
    前記アクチュエータを制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記充填ノズルが前記収容ボックスに収容されている場合に、前記可動壁を前記閉鎖位置に保持し、
    前記充填ノズルが前記収容ボックスに収容されていない場合に、前記可動壁を前記開放位置に動作させる
    ガス供給装置。
  2. 前記可動壁には、前記収容ボックスに収容されている前記充填ノズルの前記先端と当接するシール材が配置されている、請求項1に記載のガス供給装置。
  3. 前記収容ボックスは、前記先端が下方に向くように前記充填ノズルを収容し、
    前記可動壁は、前記収容ボックスの底壁である、請求項1または2に記載のガス供給装置。
  4. 前記水素ガスの前記車両への充填が完了したことを検知する充填完了センサと、
    報知部と、をさらに備え、
    前記制御部は、前記水素ガスの前記車両への充填が完了した後に、前記充填ノズルを前記収容ボックスに収容することを促す警告を前記報知部に報知させる、請求項に記載のガス供給装置。
  5. 請求項1からのいずれか一項に記載の前記ガス供給装置を備える、水素ステーション。
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