水素充填システム、水素充填方法、移動体、および水素充填装置
【課題】水素タンクの構造の複雑化を伴うことなく水素タンクの温度上昇を抑制して、水素タンクに対する水素の高速充填を行なう。
【解決手段】水素タンクに対して水素充填装置から水素を補充する水素充填システムは、水素充填装置側から水素タンクに接続されて水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、水素充填装置側から水素ガス充填路および／または水素タンクに接続されて、水素ガス充填路および／または水素タンクに対して液体水素を供給する液体水素供給路と、液体水素供給路に設けられた開閉部であって、開口することによって水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入させると共に、閉塞することによって水素ガス充填路および／または水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部と、水素ガスの充填を行なう際に開閉部を開閉させるための駆動信号を出力する制御部と、を備える。
【解決手段】水素タンクに対して水素充填装置から水素を補充する水素充填システムは、水素充填装置側から水素タンクに接続されて水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、水素充填装置側から水素ガス充填路および／または水素タンクに接続されて、水素ガス充填路および／または水素タンクに対して液体水素を供給する液体水素供給路と、液体水素供給路に設けられた開閉部であって、開口することによって水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入させると共に、閉塞することによって水素ガス充填路および／または水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部と、水素ガスの充填を行なう際に開閉部を開閉させるための駆動信号を出力する制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素タンクを搭載する移動体に対する水素充填システム、水素充填方法、水素タンクを搭載する移動体、および水素充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境負荷の低減のため、駆動用エネルギを発生するための燃料として水素を用いる車両、例えば、燃料電池を駆動用電源として搭載する電気自動車や、水素エンジンを駆動動力源として搭載する車両が、種々提案されている。このように、車両の駆動用燃料として水素を用いる場合には、水素を貯蔵する水素タンク、例えば、水素を高圧ガスの状態で貯蔵する高圧水素タンクを車両に搭載し、搭載した水素タンクに対して水素の補給を行なう必要がある。
【０００３】
上記水素タンクを搭載する車両の使い勝手を向上させて普及を促進するためには、上記車両に対する水素燃料の補給に要する時間を、より短くすることが望ましい。ここで、高圧水素タンクに対して水素ガスを充填する際には、いわゆる断熱圧縮の状態となり、水素タンク内の温度は上昇する。しかしながら、高圧水素タンクの温度については、例えば法規制が問題となる場合があり、温度上昇を抑えつつ水素充填を行なうことが望まれている。温度上昇を抑えつつ水素を充填するためには、水素充填に伴い発生する熱が充分に放熱されるように、充填速度を充分に遅くする方法が考えられる。しかしながらこのように充填速度を遅くすることは、上記した燃料補給時間短縮の要請に反し、採用し難い。そこで、タンク内の温度上昇を抑えつつ、高圧水素タンクに対する水素の高速充填を可能にする構成として、従来、高圧水素タンクを構成する金属製もしくは樹脂製のライナー部と繊維強化樹脂層との間に、冷媒通路を形成する構成が提案されている（例えば、特開２００５−６９３２５号公報など）。このように、冷媒を用いて高圧水素タンクを冷却することによって、水素タンク内の温度上昇を抑えつつ、水素の充填速度を速めることが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０６９３２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようにライナー部と繊維強化樹脂層との間に冷媒通路を設ける場合には、高圧水素タンクの構造が複雑化するという問題があった。また、高圧水素タンクの構造の複雑化は、高圧水素タンクの製造工程の複雑化にもつながる。そのため、水素タンクの構造の複雑化を抑えつつ、水素タンクに対する水素の高速充填を可能にする方法が望まれていた。また、このように水素タンクの構造の複雑化を抑えつつ水素充填の動作を高速化することは、車両への水素充填に限らず、水素タンクへの水素充填において広く望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、水素タンクの構造の複雑化を伴うことなく水素タンクの温度上昇を抑制して、水素タンクに対する水素の高速充填を行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
水素タンクに対して水素充填装置から水素を補充する水素充填システムであって、
前記水素充填装置側から前記水素タンクに接続されて、前記水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素充填装置側から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに接続されて、前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記液体水素供給路に設けられた開閉部であって、開口することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入させると共に、閉塞することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部と、
前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記開閉部を開閉させるための駆動信号を出力する制御部と
を備える水素充填システム。
【０００９】
適用例１に記載の水素充填システムでは、開閉部が開口することにより、水素ガス充填路および／または水素タンクに対して液体水素が供給されるため、これによって水素タンク内を冷却することができる。したがって、水素充填時における水素タンク内の温度上昇を抑制することができる。また、液体水素を用いて水素タンク内の温度上昇を抑制することにより、水素充填に要する時間を短縮することが可能になる。さらに、水素タンクを冷却するための冷媒として液体水素を用いるため、水素タンク内に特別に冷媒流路を設ける必要がなく、水素タンクの構造を簡素化することができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１記載の水素充填システムであって、さらに、前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサを備え、前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる水素充填システム。前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサを備え、前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記吐出口を開口させる水素充填システム。適用例２に記載の水素充填システムによれば、水素タンクの内部温度が基準値を超えるときに液体水素の供給を行なうことにより、上記基準値を超えて水素タンクの内部温度が上昇することを抑制可能となる。
【００１１】
［適用例３］
適用例１記載の水素充填システムであって、さらに、前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する予測部を備え、前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記予測部が予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる水素充填システム。適用例３に記載の水素充填システムによれば、予測された水素ガス充填終了時における水素タンク内部温度が基準値を終えるときに液体水素の供給を行なうことにより、水素充填終了時までの間に水素タンクの内部温度が基準値を超えて上昇することを抑制可能となる。
【００１２】
［適用例４］
適用例１ないし３いずれか記載の水素充填システムであって、前記液体水素供給路から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素の供給が噴霧により行われる水素充填システム。適用例４に記載の水素充填システムによれば、水素タンク内の空間のより広い範囲に対して効率よく液体水素を分散できるため、水素タンク内のより広い範囲を速やかに冷却化能になる。また、供給される液体水素の微粒子化が容易になるため、水素タンク内で液体水素を気化させる効率を向上させて、より速やかに水素タンク内を冷却することが可能になる。
【００１３】
［適用例５］
適用例１ないし４いずれか記載の水素充填システムであって、前記水素タンクは、長手方向を有し、前記水素ガス充填路は、前記水素タンクにおける少なくとも前記長手方向の一方の端部近傍において前記水素タンクに接続し、前記液体水素供給路と前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクとの接続部は、前記水素タンクにおける前記長手方向の他方の端部近傍に設けられている水素充填システム。適用例５記載の水素充填システムによれば、液体水素を用いて水素タンク内の温度上昇を抑制する動作の信頼性を高めることができる。すなわち、水素タンクの内部において、上記一方の端部近傍では、水素ガスが流入することにより相対的に温度が低下するが、相対的に温度が高くなり得る他方の端部近傍に対して液体水素を供給することにより、水素タンク内に局所的であっても温度が過剰に上昇する部位が生じるのを抑制することが可能となる。
【００１４】
［適用例６］
適用例５記載の水素充填システムであって、前記水素タンクは、移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄えるタンクである水素充填システム。適用例６記載の水素充填システムによれば、移動体に搭載された水素タンクに対する水素ガスの充填を、速やかに完了することが可能になるため、移動体に対する燃料補給のために要する時間を抑制することができる。
【００１５】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、水素充填方法や、移動体や、水素充填装置などの形態で実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の好適な一実施例としての水素充填システム１０の概略構成を模式的に表わす説明図である。水素充填システム１０は、駆動用エネルギを発生するためのエネルギ源として水素を用いる車両１５と、この車両１５に対して水素を補充する水素供給装置１８と、を備えている。
【００１７】
車両１５は、駆動用電源として燃料電池を備える電気自動車であり、燃料電池のアノードに供給するための水素ガスを貯蔵する水素タンク２０を搭載している。本実施例の車両１５が備える燃料電池は、複数の単セルを積層したスタック構造を有しており、例えば、固体高分子型燃料電池や、固体酸化物型燃料電池とすることができる。車両１５は、さらに、水素タンク２０から水素の供給を受ける燃料電池の他、燃料電池のカソード側に酸化ガスとしての空気を供給するためのブロワや、燃料電池から電力を供給されて車両の駆動動力を発生するモータ、さらに２次電池等を備えている。本発明の要部は、水素タンク２０に対する水素補充に係る構成にあるため、車両１５の構成要素のうち、水素タンク２０に対する水素補充に係る構成以外の構成については、図示および詳しい説明を省略する。
【００１８】
水素タンク２０には、この水素タンク２０に水素ガスを供給するための第１水素ガス充填路２２と、水素タンク２０に液体水素を供給するための第１液体水素供給路２４と、水素タンク２０内から取り出された水素ガスを燃料電池に導くための燃料供給路２６と、が接続されている。第１水素ガス充填路２２および第１液体水素供給路２４は、それぞれ、一端は水素タンク２０に接続されると共に、他端は車両１５の外表面において、互いに近接して開口している。互いに近接して設けられた第１水素ガス充填路２２の他端の開口部である開口部２３と、第１液体水素供給路２４の他端の開口部である開口部２５とは、コネクタ受け部３０を構成している。コネクタ受け部３０は、車両１５の外表面に設けられており、水素供給装置１８を用いて水素タンク２０に対して水素を補充する際に、水素供給装置１８と車両１５との間で水素の流路を接続するための構造である。コネクタ受け部３０には、コネクタ受け部３０に水素供給装置１８が接続されたときにこれを検知して検出信号を出力する接続センサ３１が設けられている。なお、燃料供給路２６は、一端は、水素タンク２０に接続されると共に、他端は、燃料電池のアノードに水素を供給可能となるように燃料電池に接続されている。
【００１９】
第１液体水素供給路２４には、開閉弁３２が設けられている。この開閉弁３２を開閉することにより、コネクタ受け部３０側から水素タンク２０への液体水素の流れを許容する状態と、液体水素の流れを遮断する状態とを切り替えることができる。また、水素タンク２０には、水素タンク２０の内部温度を検出する温度センサ３４と、水素タンク２０内の圧力を検出する圧力センサ３６とが設けられている。
【００２０】
図２は、水素タンク２０と、水素タンク２０に対して水素を給排する流路に係る構成を示す説明図である。水素タンク２０は、圧縮ガスの状態で水素ガスを貯蔵するガスボンベであり、ライナ４０と、補強層４２と、一対の口金４４とを備えている。ライナ４０は、略円柱状に形成され、水素を高圧で貯蔵するための空間が内部に形成された中空の容器である。本実施例では、ライナ４０は、樹脂によって形成されている。補強層４２は、ライナ４０の外壁上に設けられている。この補強層４２は、水素タンク２０の強度を向上させるためのものであり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されている。補強層４２は、例えば、エポキシ樹脂などを含浸させた炭素繊維をライナ４０の外周に巻き付けた後に、上記含浸させた樹脂を硬化させることにより形成することができる。
【００２１】
口金４４は、補強層４２が形成されたライナ４０の両端部に形成された開口部の各々に嵌め込まれた金属製部材である。一方の口金４４にはバルブ４５が嵌め込まれており、他方の口金４４にはバルブ４６が嵌め込まれている。バルブ４５，４６は、金属製部材である。バルブ４５には、燃料供給路２６が接続されており、バルブ４５を介して水素タンク２０から燃料電池へと水素が供給可能となっている。さらに、バルブ４５には、水素タンク２０内部の温度および圧力を検出するための既述した温度センサ３４および圧力センサ３６が設けられている（図２では図示せず）。温度センサ３４および圧力センサ３６は、水素タンク２０内の温度あるいは圧力を検出可能であれば、水素タンク２０のいずれの箇所に設けることとしても良いが、樹脂製のライナ４０の壁面を介してではなく、金属製の口金４４を介して各センサの配線を設けることにより、センサを設けることに起因する水素タンクにおけるシール性の低下を抑制することができる。
【００２２】
また、バルブ４６には、第１水素ガス充填路２２および第１液体水素供給路２４が接続されており、バルブ４６を介して、コネクタ受け部３０側から水素タンク２０へと、水素ガスおよび液体水素が供給可能となっている。ここで、第１液体水素供給路２４とバルブ４６との接続部には、インジェクタ２７が設けられている。インジェクタ２７は、第１液体水素供給路２４を介して供給される液体水素を加圧して、水素タンク２０内へと噴霧する装置である。液体を加圧噴霧するインジェクタは、内燃機関において燃料噴射するための周知の装置であるが、このような技術を適用したインジェクタ２７を用いることにより、水素タンク２０内に対して液体水素を加圧して噴霧することができる。図１では、第１液体水素供給路２４の途中に開閉弁３２が設けられる様子が表わされているが、第１液体水素供給路２４とバルブ４６との接続部にインジェクタ２７を設ける場合には、上記開閉弁３２は、インジェクタ２７内に設けられて噴霧の動作に伴って開閉される弁とすることができる。なお、インジェクタ２７が液体水素を噴霧に先立って加圧する際に要するエネルギは、例えば、車両１５に搭載される既述した２次電池から供給することとすればよい。
【００２３】
車両１５は、さらに、アンテナ部３７と制御部３８とを備えている（図１参照）。アンテナ部３７は、水素供給装置１８との間で通信、すなわち信号の送受信を行なう。制御部３８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部３８は、水素タンク２０に対して水素を補充する際には、既述した温度センサ３４や圧力センサ３６あるいは接続センサ３１からの検出信号を取得すると共に、開閉弁３２に対して駆動信号を出力する。また、制御部３８は、アンテナ部３７との間で、水素供給装置１８との通信に係る信号をやり取りする。水素タンク２０に対して水素を補充する際に行なわれる動作については、後に詳しく説明する。
【００２４】
なお、本実施例では、水素タンク２０は、既述したように樹脂製のライナ４０とＣＦＲＰから成る補強層４２を備えるオールコンポジット製タンクとしたが、異なる構成としても良い。上記構成とすることで、水素タンク２０の軽量化が容易となって有利であるが、例えば、ライナ４０をアルミニウム等の金属によって形成しても良く、また、補強層を有しない金属製のライナのみによって水素タンク２０を構成することとしても良い。
【００２５】
水素供給装置１８は、車両１５が備える水素タンク２０に対して水素を補充するための定置型の装置である。水素供給装置１８は、車両１５に供給するための水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵部５０と、車両１５に供給するための液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵部５１とを備えている。また、水素供給装置１８は、車両１５に接続するための構造として、接続配管１９を備えている。この接続配管１９は、端部にコネクタ５６を備えると共に、内部には、水素ガスが流れる第２水素ガス充填路５４と、液体水素が流れる第２液体水素供給路５５とが設けられている。
【００２６】
第２水素ガス充填路５４は、一端が、上記水素ガス貯蔵部５０に接続されると共に、他端が、コネクタ５６において開口部６０として開口している。第２水素ガス充填路５４には開閉弁５２が設けられており、この開閉弁５２を開閉することにより、水素ガスの流れを許容する状態と遮断する状態とを切り替えることができる。また、第２液体水素供給路５５は、一端が上記液体水素貯蔵部５１に接続されると共に、他端がコネクタ５６において開口部６１として開口している。第２液体水素供給路５５には開閉弁５３が設けられており、この開閉弁５３を開閉することにより、液体水素の流れを許容する状態と遮断する状態とを切り替えることができる。
【００２７】
コネクタ５６は、車両１５の外表面に設けられた既述したコネクタ受け部３０に接続可能であって、水素供給装置１８と車両１５との間で水素の流路を接続するための、接続配管１９の端部構造である。コネクタ５６とコネクタ受け部３０とを接続することにより、コネクタ５６の開口部６０，６１は、それぞれ、コネクタ受け部３０の開口部２３，２５と接続される。これにより、水素供給装置１８側の第２水素ガス充填路５４および第２液体水素供給路５５を、それぞれ、車両１５側の第１水素ガス充填路２２あるいは第１液体水素供給路２４に対して接続することができる。ここで、コネクタ５６の開口部６０，６１と、コネクタ受け部３０の開口部２３，２５とには、それぞれ、開口部の周囲にわたってシール部材が設けられており、水素ガス充填路と液体水素供給路とを気密な状態で接続可能になっている。なお、水素供給装置１８の第２液体水素供給路５５と車両１５の第１液体水素供給路２４とは、断熱材によって覆われており、内部を流れる液体水素の低温状態を維持して、液体水素の気化が抑えられている。
【００２８】
ここで、コネクタ５６における第２水素ガス充填路５４の開口部６０および第２液体水素供給路５５の開口部６１の配置は、コネクタ受け部３０における第１水素ガス充填路２２の開口部２３および第１液体水素供給路２４の開口部２５の配置に対応している。そのため、コネクタ５６とコネクタ受け部３０とを接続することにより、水素供給装置１８と車両１５との間で、水素ガス充填路および液体水素供給路の接続を同時に行なうことができる。ここで、コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続は、例えば、コネクタ５６が備える図示しない係合部を、コネクタ受け部３０が備える図示しない係合受け部に係合させることにより行なえばよい。なお、コネクタ受け部３０が備える既述した接続センサ３１は、例えば、上記係合受け部が係合部に係合する際の変位を検知するセンサとすることができる。また、本実施例では、水素供給装置１８と車両１５との間で、水素ガス充填路および液体水素供給路を、コネクタ５６およびコネクタ受け部３０を介して同時に接続することとしたが、異なる構成としても良い。すなわち、水素ガス充填路と液体水素供給路とのそれぞれに対して異なる接続配管を設け、水素供給装置１８と車両１５との間で、水素ガス充填路と液体水素供給路とを別々に接続することとしても良い。
【００２９】
水素供給装置１８は、さらに、アンテナ部５７と制御部５８とを備えている。アンテナ部５７は、車両１５が備える既述したアンテナ部３７との間で信号の送受信を行なう。制御部５８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部５８は、水素タンク２０に対して水素を補充する際には、開閉弁５２，５３に対して駆動信号を出力する。また、制御部５８は、アンテナ部５７との間で、車両１５との通信に係る信号をやり取りする。
【００３０】
Ｂ．充填時の動作：
図３は、車両１５に対して水素供給装置１８から水素を補充する動作の工程を示す説明図である。なお、図３に示す工程図では、車両１５および水素供給装置１８に対する人の動作と、車両１５における制御部３８等の各部で実行される処理と、水素供給装置１８の制御部５８で実行される処理とを、合わせて継時的に示している。車両１５に対して水素を補充する際には、まず、水素供給装置１８のコネクタ５６を、車両１５のコネクタ受け部３０に取り付ける（ステップＳ１００）。これにより、車両１５の第１水素ガス充填路２２および第１液体水素供給路２４が、水素供給装置１８の第２水素ガス充填路５４および第２液体水素供給路５５に、それぞれ接続される。
【００３１】
コネクタ５６がコネクタ受け部３０に接続されると、両者が接続されたことが接続センサ３１によって検出され（ステップＳ１１０）、接続センサ３１の検出信号が、車両１５の制御部３８に入力される。接続センサ３１の検出信号が制御部３８に入力されると、コネクタ５６がコネクタ受け部３０に接続されたという情報が、車両１５から水素供給装置１８へと伝えられる（ステップＳ１２０）。すなわち、コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続に係る信号が、制御部３８からアンテナ部３７に伝えられ、アンテナ部３７とアンテナ部５７との間で通信が行なわれることによって、さらに水素供給装置１８の制御部５８へと伝えられる。なお、本実施例では、車両１５と水素供給装置１８との間で行なわれる通信は、アンテナ部３７とアンテナ部５７とを介して行なうこととしたが、このような無線による通信は、電波を用いる他、例えば赤外線を用いることとしても良い。
【００３２】
コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続が伝えられると、制御部５８は、開閉弁５２，５３に対して駆動信号を出力して、これらの弁を開弁させる（ステップＳ１３０）。開閉弁５２が開弁することにより、水素ガス貯蔵部５０から、第２水素ガス充填路５４および第１水素ガス充填路２２を介して、水素タンク２０へと水素ガスの充填が開始される。また、開閉弁５３が開弁することにより、液体水素貯蔵部５１から、第２液体水素供給路５５を介して、第１液体水素供給路２４へと液体水素が流入する。このとき、第１液体水素供給路２４に設けられた開閉弁３２はまだ閉弁されているため、第１液体水素供給路２４から水素タンク２０へと液体水素が供給されることはない。
【００３３】
コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続に係る信号をアンテナ部３７に出力した後に、車両１５の制御部３８は、圧力センサ３６の検出信号と、水素タンク２０の内部温度Ｔaに係る温度センサ３４の検出信号を取得する（ステップＳ１４０）。ここで、水素タンク２０の充填率（あるいは充填量）は、水素タンク２０の容積と、水素タンク２０内の圧力と、水素タンク２０の内部温度に基づいて求めることができる。水素タンク２０の容積は一定であるため、さらにステップＳ１４０で取得した圧力と温度とを用いて、水素タンク２０の充填率（あるいは充填量）を求めることができる。具体的には、例えば、気体の状態方程式に基づいて理論的に水素ガスの充填率（充填量）を算出することができる。あるいは、水素タンク２０の圧力および内部温度と充填率との対応を示すマップを作成して制御部３８内に記憶しておき、このマップを参照して水素ガスの充填率（充填量）を求めても良い。既述したように、コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続が検出されて、水素供給装置１８から水素タンク２０への水素の充填が開始されることにより、水素タンク２０内の圧力は上昇を始める。圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得すると、制御部３８は、上記のように水素タンク２０における充填率（充填量）を求めて、水素タンク２０における水素の充填状態が、満充填の状態であるか否かを判断する（ステップＳ１５０）。
【００３４】
ステップＳ１５０において、水素タンク２０が満充填に達していないと判断されたときには、制御部３８は、ステップＳ１４０で検出した水素タンク２０の内部温度Ｔaが、基準値Ｔ1に達したか否かを判断する（ステップＳ１９０）。ここで、基準値Ｔ1とは、水素タンク２０の内部温度の上限値に基づいて、水素タンク２０の内部温度が上限値を超えない制御が可能となるように予め定められた値である。本実施例では、水素タンク２０の内部温度の上限値を８５℃としており、上記基準値Ｔ1は、この上限値よりも５℃低い８０℃に設定している。
【００３５】
ステップＳ１９０において、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1未満である場合には、水素タンク２０の内部温度Ｔaが、許容できる温度範囲であると判断することができる。そこで制御部３８は、ステップＳ１４０に戻って圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得して、水素タンク２０が満充填状態であるか否かを判断する動作を再び行なう。水素タンク２０が満充填ではなく、水素タンク２０の内部温度Ｔaが許容できる温度範囲である状態が続く間は、制御部３８は、ステップＳ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１９０の動作を繰り返す。すなわち、圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得して、水素タンク２０が満充填に達したか否かを判断すると共に、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1に達したか否かを判断する動作を繰り返す。
【００３６】
上記の動作を繰り返すうちに、水素タンク２０に対する水素の充填量が増加し、それに伴い水素タンク２０の内部温度Ｔaが上昇する。その後、ステップＳ１９０において水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1以上であると判断されると、制御部３８は、インジェクタ２７に駆動信号を出力して、インジェクタ２７を介して水素タンク２０内へと一定量の液体水素を噴霧させる（ステップＳ２００）。液体水素が水素タンク２０内へと噴霧されると、液体水素が気化する際に周囲の熱を奪うことにより、水素タンク２０の内部温度が低下する。また、液体水素自身の温度が水素タンク２０の内部温度よりも低いことにより、水素タンクの内部温度が低下する。このとき、噴霧された液体水素は、気化して水素ガスとなり、水素ガス充填路を介して充填された水素ガスと共に水素タンク２０内に蓄えられる。その後、制御部３８は、ステップＳ１４０に戻って圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得して、水素タンク２０が満充填状態であるか否かを判断する動作を再び行なう。そして、ステップＳ１５０で水素タンク２０が満充填であると判断されるまで、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1以上の時には水素タンク２０内に液体水素を噴霧する動作を行ないつつ、圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得する動作を繰り返す。
【００３７】
ステップＳ１５０において水素タンク２０が満充填となったと判断されると、満充填になったという情報が、車両１５から水素供給装置１８へと伝えられる（ステップＳ１６０）。すなわち、満充填に係る信号が、制御部３８からアンテナ部３７に伝えられ、アンテナ部３７とアンテナ部５７との間で通信が行なわれることによって、さらに水素供給装置１８の制御部５８へと伝えられる。
【００３８】
水素タンク２０が満充填になったという情報が伝えられると、水素供給装置１８の制御部５８は、開閉弁５２，５３に対して駆動信号を出力して、これらの弁を閉弁させる（ステップＳ１７０）。これにより、水素ガス貯蔵部５０からの水素ガスの供給、および、液体水素貯蔵部５１からの液体水素の供給が停止される。その後、コネクタ５６をコネクタ受け部３０から外すことにより（ステップＳ１８０）、水素充填の動作が終了する。
【００３９】
以上のように構成された本実施例の水素充填システム１０によれば、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1に達したときに、水素タンク２０内に対して液体水素を噴霧するため、水素タンク２０の内部温度Ｔaが望ましくない高温に達するのを抑制することができる。すなわち、本実施例では、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1以上となるのを抑える制御が繰り返し行なわれるため、水素タンク２０が満充填となるまで、水素充填を行なう間を通して、水素タンク２０の内部温度の上限値への到達を抑制することができる。なお、本実施例では、水素充填の目標値を満充填としているが、ステップＳ１５０において、満充填よりも少ない充填量に達したか否かを判断することとして、満充填よりも少ない量を水素充填の目標値としても良い。このような構成としても、水素充填が終了するまでの間、水素タンク２０の内部温度の上限値への到達を抑制する同様の効果が得られる。
【００４０】
また、上記のように本実施例では、水素タンク２０への水素ガスの充填時に水素タンク２０の内部温度に応じて液体水素を噴霧するため、水素タンク２０からの放熱を利用しなくても、水素タンク２０の内部温度の過剰な上昇を抑制できる。したがって、水素充填を行なう際に、放熱のための時間を確保する必要がなく、より短時間の内に水素充填の動作を終了することが可能になる。したがって、車両１５に対する燃料補給のために要する時間を短縮することができ、車両１５を使用する際の利便性が向上する。
【００４１】
さらに、本実施例では、水素タンク２０内の温度上昇を抑制するために水素タンク２０内に供給する冷媒として、液体水素を用いているため、冷却に用いた後の冷媒を、水素ガスとしてそのまま水素タンク２０内に蓄えることができる。そのため、水素タンク２０内へと冷媒を直接供給しても、用いた冷媒が水素タンク２０内に貯蔵される水素ガスに影響して不都合を生じることがない。したがって、水素タンク内に冷媒流路を別途形成したり、水素タンク内に供給した冷媒を除去する必要が無く、水素タンクの冷却に起因する水素タンクの内部構造の複雑化を抑制することができる。また、このように水素タンクの構造の複雑化を抑制できることにより、水素タンクの製造工程を簡素化することができる。
【００４２】
さらに、本実施例では、冷媒である液体水素を水素タンク２０内へと供給する際に噴霧を行なっているため、水素タンク２０内の空間のより広い範囲に対して効率よく液体水素を分散させることができ、水素タンク２０内のより広い範囲を速やかに冷却させることができる。また、噴霧による供給を行なうことにより、水素タンク２０内に吐出される液体水素の液滴の微粒子化が容易となるため、水素タンク２０内で液体水素を気化させる効率を向上させて、より速やかに水素タンク２０内を冷却することが可能になる。
【００４３】
このように、液体水素を用いて水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制可能となることにより、水素供給装置１８においても、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑えるための特別な構成を不要とし、あるいは小型化する効果が得られる。水素タンク２０の内部温度の上昇を抑えるために水素供給装置に設ける特別な構成としては、例えば、車両１５側に供給する水素ガスを冷却するための装置を挙げることができる。あるいは、車両１５の水素タンク２０内に冷媒流路を設ける構成とする場合における、上記冷媒流路に冷媒を循環させる装置を挙げることができる。このように、供給水素を冷却したり冷媒を循環させるためのエネルギ消費量を抑制できることにより、水素充填システム１０全体として、水素充填のために要するエネルギを削減することが可能となる。
【００４４】
また、本実施例の水素充填システム１０では、水素タンク２０において、水素タンク２０の内部温度を検出する温度センサ３４を、液体水素を噴霧するインジェクタ２７を配置した端部とは異なる側の端部に配置している。水素タンク２０の内部では、低温の液体水素を噴霧するインジェクタ２７が配置された端部側の方が温度が低下しやすく、インジェクタ２７から離れた端部の近傍では、相対的に温度が高くなり易い。このように相対的に温度が高くなる側の端部に温度センサを配置して、その検出温度に基づいて既述した制御を行なうことにより、局所的であっても望ましくない高温部が生じることを効果的に抑制することができ、水素タンク２０の内部温度を抑える動作の信頼性を高めることができる。
【００４５】
本実施例では、水素充填動作の開始に係る情報を、車両１５側のコネクタ受け部３０に設けた接続センサ３１によって検知し、車両１５と水素供給装置１８との間で無線で通信を行なうことにより、水素供給装置１８側の制御部５８に伝え、水素供給装置１８側の開閉弁５２，５３を開弁する構成としたが、異なる構成としても良い。例えば、接続センサ３１が検知した水素充填動作の開始に係る情報を、車両１５から水素供給装置１８へと、有線にて伝達しても良い。この場合には、例えば、車両１５においては制御部３８とコネクタ受け部３０との間に信号線を配設すると共に、水素供給装置１８においては制御部５８とコネクタ５６との間に信号線を配設し、コネクタ５６の接続の際に、信号線の接続も同時に行なうこととすればよい。あるいは、水素供給装置１８のコネクタ５６にも接続センサを設け、車両１５と通信を行なうことなく水素供給装置１８の開閉弁５２，５３を開弁させることとしても良い。
【００４６】
また、本実施例では、インジェクタ２７を水素タンク２０の端部に設け、水素タンク２０内に向かって液体水素を噴霧することにより、水素タンク２０内のより広い範囲を速やかに冷却可能にしているが、異なる構成としても良い。例えば、インジェクタ２７を第１水素ガス充填路２２に設け、水素タンク２０に供給するための水素ガス中に液体水素を噴霧しても良い。このような構成とすれば、液体水素が噴霧されることにより温度が低下した水素ガスを水素タンク２０に供給することができ、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制する同様の効果が得られる。また、水素タンク２０内と水素ガス充填路２２内の両方に対して、液体水素を噴霧することとしても良い。このように、水素ガス充填路２２と水素タンク２０の少なくとも一方に対して液体水素を噴霧することにより、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、実施例では、水素タンク２０において、インジェクタ２７を、第１水素ガス充填路２２が接続されているバルブ４６側に設けたが、異なる構成としても良い。水素充填時に水素タンク２０内が断熱圧縮により昇温する際には、内部に充填されて昇温した水素よりも、外部から供給される水素の方が温度が低いため、第１水素ガス充填路２２が接続されているバルブ４６近傍では相対的に温度が低下する。そのため、相対的に温度が高くなり易い端部、すなわち、第１水素ガス充填路２２が接続されている端部に対向する端部にインジェクタ２７を配置することにより、相対的に温度が高くなり易い領域を効果的に冷却し、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制する動作の信頼性をより高めることができる。
【００４８】
また、液体水素を噴霧する際に、液体水素を加圧噴霧するインジェクタ２７に代えて２流体ノズルを用い、水素ガスを用いて液体水素を微粒子化して噴霧しても良い。このような構成とすれば、液体水素をさらに微粒子化して噴霧することが可能となる。したがって、２流体ノズルを用いて水素タンク２０内に液体水素を噴霧することにより、水素タンク２０内の均一な冷却がより容易となる。また、液体水素を噴霧するために用いる気体として水素ガスを用いるため、水素タンク２０内に望ましくない物質が混入することがない。なお、２流体ノズルを用いる場合には、噴霧のために用いる水素ガスのための流路は、第１水素ガス充填路２２から分岐して設ければよいため、２流体ノズルは、第１水素ガス充填路が接続される側のバルブに設けることも、異なる側のバルブに設けることも可能である。
【００４９】
あるいは、液体水素を噴霧する際に、インジェクタや２流体ノズルに代えて、キャブレタを用いても良い。キャブレタとは、内燃機関において燃料と空気を混合するための周知の装置であるが、同様の構造を水素ガスの流路に設けて、水素ガス流路内の水素ガスに対して液体水素を霧化して混合することができる。キャブレタを用いる場合には、水素ガス流路内に発生する負圧を利用して、第１液体水素供給路を経由した液体水素を吸い上げて霧化させるため、液体水素噴霧の際に、インジェクタや２流体ノズルのようにエネルギを消費することがなく、水素充填に伴うエネルギ消費量を削減できる。このような構成とすれば、液体水素の噴霧によって冷却された水素ガスを水素タンク２０に供給することにより、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制することができる。この場合には、キャブレタにおいて液体水素を噴霧するために設けられた吐出口を開閉する開閉弁は、車両１５側に設けても良いし、水素供給装置１８側に設けても良い。水素供給装置１８側に上記開閉弁を設ける場合には、既述した開閉弁５３を用いることができる。制御部３８がステップＳ２００において液体水素の噴霧が必要と判断したときには、制御部３８からの駆動信号を通信により水素供給装置１８側に伝えて上記開閉弁５３を所定時間開弁させ、液体水素を供給可能とすればよい。車両１５側に上記開閉弁を設ける場合には、第１液体水素供給路２４において、キャブレタよりも上流に上記開閉弁を設け、制御部３８からの駆動信号に応じて所定時間開弁させればよい。キャブレタを設ける水素ガス流路は、第１水素ガス充填路２２であっても良く、第１水素ガス充填路２２から分岐して設けられ、第１水素ガス充填路２２とは異なる側の端部で水素タンク２０に接続する流路であっても良い。
【００５０】
なお、本実施例の水素充填システム１０において、開閉弁５２，５３を閉弁して水素充填の動作を終了する際には、第１液体水素供給路２４および第２液体水素供給路５５内に液体水素が残留することになる。このような状態を抑制するためには、例えば、水素タンク２０が満充填となる少し前に、液体水素供給路内の液体水素を水素タンク２０内へと吐出させて、液体水素供給路内から液体水素を排出すればよい。具体的には、ステップＳ１４０で取得する圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号から得られる水素タンク２０内の充填率（充填量）が、満充填よりも所定量小さい値となったときに、開閉弁５３を閉弁すると共にインジェクタ２７を駆動して、液体水素供給路内に残留する液体水素を水素タンク２０内へと噴霧させればよい。あるいは、コネクタ５６における開口部６１およびコネクタ受け部３０における開口部２５の各々に開閉弁を設け、コネクタ５６とコネクタ受け部３０の接続時にはこれらの開閉弁を開弁し、水素充填終了時にはこれらの開閉弁を閉弁することとしても良い。このような構成とすれば、水素充填が終了してコネクタ５６をコネクタ受け部３０から外すときには、液体水素は各液体水素供給路内に封入されることになる。
【００５１】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
Ｃ１．変形例１：
実施例では、水素タンクあるいは水素ガス流路内の水素ガスに対して液体水素を供給する際に、液体水素を噴霧することとしたが、異なる構成としても良い。液体水素が水素ガス中に充分に広く拡散可能であり、充分に速く気化可能であるならば、噴霧以外の吐出、すなわち、霧状よりも液滴が大きな状態での吐出であっても良い。このような液体水素の吐出を行なう開閉自在な吐出口を、水素タンク内あるいは水素ガス充填路内に開口するように設けることにより、実施例と同様の効果が得られる。特に、水素タンク２０が備えるライナ４０として樹脂製ライナを用いる場合には、低温の液体水素がライナに接触しないことが望ましい。そのため、樹脂製ライナを備える水素タンク内に液体水素を供給する場合には、水素タンク内に吐出された液体水素の液滴が、ライナ壁面に到達するまでに気化可能な大きさの液滴として吐出すれば良い。
【００５３】
Ｃ２．変形例２：
実施例では、水素タンク２０の内部温度Ｔaに基づいて、液体水素を吐出するタイミングを決定したが、異なる構成としても良い。例えば、水素充填終了時の水素タンク２０の内部温度を予測し、満充填時に水素タンク２０の内部温度が基準値を超えると判断される場合には、液体水素の噴霧を行なうこととすることができる。水素充填終了時の水素タンク２０の内部温度の予測は、例えば、水素タンク２０の内部温度と水素タンク２０の充填率とに基づいて満充填時の水素タンク２０の内部温度を求めるためのマップを予め作成して制御部３８内に記憶しておき、このマップを参照して行なうことができる。水素タンク２０の容量は予め定まっているため、水素ガスの充填速度、すなわち、水素供給装置１８から供給される水素ガスの流量が一定である場合には、初期条件としての水素タンク２０の内部温度と水素タンク２０の充填率とに応じて、満充填時の水素タンク２０の内部温度を精度良く予測することができる。マップを参照する時の用いる水素タンク２０の内部温度と水素タンクの充填率とは、ステップＳ１４０で圧力センサ３６および温度センサ３４から取得した検出信号に基づいて求めることができる。また、このとき、さらに外気温の検出値を用いて、水素タンク２０からの放熱を考慮した補正を行なっても良い。マップを参照して求めた満充填時の水素タンク２０の内部温度の予測値が基準値を超えたときには、その都度、液体水素の噴霧を行なうことにより、実際に満充填となる時には、水素タンク２０の内部温度を上記基準値よりも低く抑えることができる。また、水素充填終了時の水素タンク２０の内部温度のマップとして、満充填よりも少ない充填量に対応したマップも同様に用意するならば、満充填よりも少ない量を目標値として水素充填を行なう際にも、同様の制御が可能になる。あるいは、満充填時の水素タンク２０の内部温度の予測は、熱力学的な計算に基づいて理論的に行なうこととしても良い。
【００５４】
Ｃ３．変形例３：
実施例では、車両１５が備える制御部３８において、液体水素を吐出するタイミングを決定すると共に、液体水素を吐出するための開閉弁に対して駆動信号を出力していたが、異なる構成としても良い。例えば、液体水素の吐出に係る制御を行なう制御部は、水素供給装置１８側のみに設けることとしても良い。この場合には、車両１５側の温度センサ３４および圧力センサ３６の検出信号を、通信により水素供給装置１８側に伝達すると共に、水素供給装置１８が備える制御部からの駆動信号を、通信により車両１５側の開閉弁に伝達すればよい。
【００５５】
Ｃ４．変形例４：
実施例では、水素供給装置１８から一定の流量で水素ガスを供給し、水素タンク２０の内部温度が基準値を超えると判断される場合に一定量の液体水素を吐出する動作を繰り返すこととしたが、異なる構成としても良い。例えば、検出した水素タンク２０の内部温度や、予測した充填終了時の水素タンク２０の内部温度が基準値未満であっても、液体水素の吐出を行ない、水素タンク２０の内部温度を積極的に低下させる制御を行なっても良い。また、水素供給装置１８からの供給水素ガスの流量を変更可能としても良い。より多くの液体水素を吐出させて水素タンク２０の内部温度を積極的に低下させつつ、水素供給装置１８からの供給水素ガスの流量を増加させるならば、水素ガスの充填時間をより短縮することが可能になり、かつ、水素タンク２０内に貯蔵される水素量を多くすることが可能になる。
【００５６】
Ｃ５．変形例５：
実施例では、車両１５が搭載する水素タンク２０は、高圧水素ガスを貯蔵する水素ガスボンベとしたが、異なる構成としても良い。例えば、水素吸蔵合金を内部に備える水素タンクであっても良い。水素吸蔵合金を備える水素タンクでは、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることにより水素を蓄えると共に、水素タンクの内壁と水素吸蔵合金の間の空間において、圧縮ガスとして水素ガスを蓄えることができる。水素吸蔵合金は、一般に、水素吸蔵時に発熱するため、このような水素タンクに水素を充填する際には、いわゆる断熱圧縮による発熱に加えて、水素吸蔵合金が水素を吸蔵することによる発熱によって、水素タンク内が昇温する。このような水素タンクを用いる場合にも、例えば水素タンク内の温度に応じて、水素タンク内の空間や水素ガス流路内に液体水素を噴霧することにより、水素タンク内の温度上昇を抑える同様の効果を得ることができる。
【００５７】
Ｃ６．変形例６：
実施例では、液体水素の噴霧が行なわれる水素タンク２０を搭載する車両１５は、駆動用電源として燃料電池を搭載する電気自動車としたが、異なる構成としても良い。例えば、駆動動力源として水素エンジンを搭載する車両が備える水素タンクに対して水素ガスを補充する際にも、本発明を適用することができる。また、車両以外の移動体であっても良く、駆動エネルギを発生するためのエネルギ源である水素を貯蔵する水素タンクを搭載する移動体に対して、水素を補充するシステムにおいて、本願は広く適用可能である。
【００５８】
また、移動体に搭載された水素タンクに対して水素を補充する以外の構成とすることもできる。例えば、移動体に搭載されていない単独の水素タンクに対して、水素ガス供給装置から水素ガスを充填する場合に、本願発明を適用しても良い。このような場合であっても、水素ガスの高速充填が可能となり、水素充填に要する時間を短縮可能となる同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】水素充填システム１０の概略構成を模式的に表わす説明図である。
【図２】水素タンク２０に係る構成を表わす説明図である。
【図３】車両１５に対して水素を補充する動作の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…水素充填システム
１３，１４…開閉弁
１５…車両
１７…充填ノズル
１８…水素供給装置
１９…接続配管
２０…水素タンク
２１…容器附属バルブ
２２…第１水素ガス充填路
２３，２５…開口部
２４…第１液体水素供給路
２６…燃料供給路
２７…インジェクタ
３０…コネクタ受け部
３１…接続センサ
３２…開閉弁
３４…温度センサ
３６…圧力センサ
３７…アンテナ部
３８…制御部
４０…ライナ
４２…補強層
４４…口金
４５，４６…バルブ
５０…水素ガス貯蔵部
５１…液体水素貯蔵部
５２，５３…開閉弁
５４…第２水素ガス充填路
５５…第２液体水素供給路
５６…コネクタ
５７…アンテナ部
５８…制御部
６０，６１…開口部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素タンクを搭載する移動体に対する水素充填システム、水素充填方法、水素タンクを搭載する移動体、および水素充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境負荷の低減のため、駆動用エネルギを発生するための燃料として水素を用いる車両、例えば、燃料電池を駆動用電源として搭載する電気自動車や、水素エンジンを駆動動力源として搭載する車両が、種々提案されている。このように、車両の駆動用燃料として水素を用いる場合には、水素を貯蔵する水素タンク、例えば、水素を高圧ガスの状態で貯蔵する高圧水素タンクを車両に搭載し、搭載した水素タンクに対して水素の補給を行なう必要がある。
【０００３】
上記水素タンクを搭載する車両の使い勝手を向上させて普及を促進するためには、上記車両に対する水素燃料の補給に要する時間を、より短くすることが望ましい。ここで、高圧水素タンクに対して水素ガスを充填する際には、いわゆる断熱圧縮の状態となり、水素タンク内の温度は上昇する。しかしながら、高圧水素タンクの温度については、例えば法規制が問題となる場合があり、温度上昇を抑えつつ水素充填を行なうことが望まれている。温度上昇を抑えつつ水素を充填するためには、水素充填に伴い発生する熱が充分に放熱されるように、充填速度を充分に遅くする方法が考えられる。しかしながらこのように充填速度を遅くすることは、上記した燃料補給時間短縮の要請に反し、採用し難い。そこで、タンク内の温度上昇を抑えつつ、高圧水素タンクに対する水素の高速充填を可能にする構成として、従来、高圧水素タンクを構成する金属製もしくは樹脂製のライナー部と繊維強化樹脂層との間に、冷媒通路を形成する構成が提案されている（例えば、特開２００５−６９３２５号公報など）。このように、冷媒を用いて高圧水素タンクを冷却することによって、水素タンク内の温度上昇を抑えつつ、水素の充填速度を速めることが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０６９３２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようにライナー部と繊維強化樹脂層との間に冷媒通路を設ける場合には、高圧水素タンクの構造が複雑化するという問題があった。また、高圧水素タンクの構造の複雑化は、高圧水素タンクの製造工程の複雑化にもつながる。そのため、水素タンクの構造の複雑化を抑えつつ、水素タンクに対する水素の高速充填を可能にする方法が望まれていた。また、このように水素タンクの構造の複雑化を抑えつつ水素充填の動作を高速化することは、車両への水素充填に限らず、水素タンクへの水素充填において広く望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、水素タンクの構造の複雑化を伴うことなく水素タンクの温度上昇を抑制して、水素タンクに対する水素の高速充填を行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
水素タンクに対して水素充填装置から水素を補充する水素充填システムであって、
前記水素充填装置側から前記水素タンクに接続されて、前記水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素充填装置側から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに接続されて、前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記液体水素供給路に設けられた開閉部であって、開口することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入させると共に、閉塞することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部と、
前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記開閉部を開閉させるための駆動信号を出力する制御部と
を備える水素充填システム。
【０００９】
適用例１に記載の水素充填システムでは、開閉部が開口することにより、水素ガス充填路および／または水素タンクに対して液体水素が供給されるため、これによって水素タンク内を冷却することができる。したがって、水素充填時における水素タンク内の温度上昇を抑制することができる。また、液体水素を用いて水素タンク内の温度上昇を抑制することにより、水素充填に要する時間を短縮することが可能になる。さらに、水素タンクを冷却するための冷媒として液体水素を用いるため、水素タンク内に特別に冷媒流路を設ける必要がなく、水素タンクの構造を簡素化することができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１記載の水素充填システムであって、さらに、前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサを備え、前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる水素充填システム。前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサを備え、前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記吐出口を開口させる水素充填システム。適用例２に記載の水素充填システムによれば、水素タンクの内部温度が基準値を超えるときに液体水素の供給を行なうことにより、上記基準値を超えて水素タンクの内部温度が上昇することを抑制可能となる。
【００１１】
［適用例３］
適用例１記載の水素充填システムであって、さらに、前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する予測部を備え、前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記予測部が予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる水素充填システム。適用例３に記載の水素充填システムによれば、予測された水素ガス充填終了時における水素タンク内部温度が基準値を終えるときに液体水素の供給を行なうことにより、水素充填終了時までの間に水素タンクの内部温度が基準値を超えて上昇することを抑制可能となる。
【００１２】
［適用例４］
適用例１ないし３いずれか記載の水素充填システムであって、前記液体水素供給路から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素の供給が噴霧により行われる水素充填システム。適用例４に記載の水素充填システムによれば、水素タンク内の空間のより広い範囲に対して効率よく液体水素を分散できるため、水素タンク内のより広い範囲を速やかに冷却化能になる。また、供給される液体水素の微粒子化が容易になるため、水素タンク内で液体水素を気化させる効率を向上させて、より速やかに水素タンク内を冷却することが可能になる。
【００１３】
［適用例５］
適用例１ないし４いずれか記載の水素充填システムであって、前記水素タンクは、長手方向を有し、前記水素ガス充填路は、前記水素タンクにおける少なくとも前記長手方向の一方の端部近傍において前記水素タンクに接続し、前記液体水素供給路と前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクとの接続部は、前記水素タンクにおける前記長手方向の他方の端部近傍に設けられている水素充填システム。適用例５記載の水素充填システムによれば、液体水素を用いて水素タンク内の温度上昇を抑制する動作の信頼性を高めることができる。すなわち、水素タンクの内部において、上記一方の端部近傍では、水素ガスが流入することにより相対的に温度が低下するが、相対的に温度が高くなり得る他方の端部近傍に対して液体水素を供給することにより、水素タンク内に局所的であっても温度が過剰に上昇する部位が生じるのを抑制することが可能となる。
【００１４】
［適用例６］
適用例５記載の水素充填システムであって、前記水素タンクは、移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄えるタンクである水素充填システム。適用例６記載の水素充填システムによれば、移動体に搭載された水素タンクに対する水素ガスの充填を、速やかに完了することが可能になるため、移動体に対する燃料補給のために要する時間を抑制することができる。
【００１５】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、水素充填方法や、移動体や、水素充填装置などの形態で実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の好適な一実施例としての水素充填システム１０の概略構成を模式的に表わす説明図である。水素充填システム１０は、駆動用エネルギを発生するためのエネルギ源として水素を用いる車両１５と、この車両１５に対して水素を補充する水素供給装置１８と、を備えている。
【００１７】
車両１５は、駆動用電源として燃料電池を備える電気自動車であり、燃料電池のアノードに供給するための水素ガスを貯蔵する水素タンク２０を搭載している。本実施例の車両１５が備える燃料電池は、複数の単セルを積層したスタック構造を有しており、例えば、固体高分子型燃料電池や、固体酸化物型燃料電池とすることができる。車両１５は、さらに、水素タンク２０から水素の供給を受ける燃料電池の他、燃料電池のカソード側に酸化ガスとしての空気を供給するためのブロワや、燃料電池から電力を供給されて車両の駆動動力を発生するモータ、さらに２次電池等を備えている。本発明の要部は、水素タンク２０に対する水素補充に係る構成にあるため、車両１５の構成要素のうち、水素タンク２０に対する水素補充に係る構成以外の構成については、図示および詳しい説明を省略する。
【００１８】
水素タンク２０には、この水素タンク２０に水素ガスを供給するための第１水素ガス充填路２２と、水素タンク２０に液体水素を供給するための第１液体水素供給路２４と、水素タンク２０内から取り出された水素ガスを燃料電池に導くための燃料供給路２６と、が接続されている。第１水素ガス充填路２２および第１液体水素供給路２４は、それぞれ、一端は水素タンク２０に接続されると共に、他端は車両１５の外表面において、互いに近接して開口している。互いに近接して設けられた第１水素ガス充填路２２の他端の開口部である開口部２３と、第１液体水素供給路２４の他端の開口部である開口部２５とは、コネクタ受け部３０を構成している。コネクタ受け部３０は、車両１５の外表面に設けられており、水素供給装置１８を用いて水素タンク２０に対して水素を補充する際に、水素供給装置１８と車両１５との間で水素の流路を接続するための構造である。コネクタ受け部３０には、コネクタ受け部３０に水素供給装置１８が接続されたときにこれを検知して検出信号を出力する接続センサ３１が設けられている。なお、燃料供給路２６は、一端は、水素タンク２０に接続されると共に、他端は、燃料電池のアノードに水素を供給可能となるように燃料電池に接続されている。
【００１９】
第１液体水素供給路２４には、開閉弁３２が設けられている。この開閉弁３２を開閉することにより、コネクタ受け部３０側から水素タンク２０への液体水素の流れを許容する状態と、液体水素の流れを遮断する状態とを切り替えることができる。また、水素タンク２０には、水素タンク２０の内部温度を検出する温度センサ３４と、水素タンク２０内の圧力を検出する圧力センサ３６とが設けられている。
【００２０】
図２は、水素タンク２０と、水素タンク２０に対して水素を給排する流路に係る構成を示す説明図である。水素タンク２０は、圧縮ガスの状態で水素ガスを貯蔵するガスボンベであり、ライナ４０と、補強層４２と、一対の口金４４とを備えている。ライナ４０は、略円柱状に形成され、水素を高圧で貯蔵するための空間が内部に形成された中空の容器である。本実施例では、ライナ４０は、樹脂によって形成されている。補強層４２は、ライナ４０の外壁上に設けられている。この補強層４２は、水素タンク２０の強度を向上させるためのものであり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されている。補強層４２は、例えば、エポキシ樹脂などを含浸させた炭素繊維をライナ４０の外周に巻き付けた後に、上記含浸させた樹脂を硬化させることにより形成することができる。
【００２１】
口金４４は、補強層４２が形成されたライナ４０の両端部に形成された開口部の各々に嵌め込まれた金属製部材である。一方の口金４４にはバルブ４５が嵌め込まれており、他方の口金４４にはバルブ４６が嵌め込まれている。バルブ４５，４６は、金属製部材である。バルブ４５には、燃料供給路２６が接続されており、バルブ４５を介して水素タンク２０から燃料電池へと水素が供給可能となっている。さらに、バルブ４５には、水素タンク２０内部の温度および圧力を検出するための既述した温度センサ３４および圧力センサ３６が設けられている（図２では図示せず）。温度センサ３４および圧力センサ３６は、水素タンク２０内の温度あるいは圧力を検出可能であれば、水素タンク２０のいずれの箇所に設けることとしても良いが、樹脂製のライナ４０の壁面を介してではなく、金属製の口金４４を介して各センサの配線を設けることにより、センサを設けることに起因する水素タンクにおけるシール性の低下を抑制することができる。
【００２２】
また、バルブ４６には、第１水素ガス充填路２２および第１液体水素供給路２４が接続されており、バルブ４６を介して、コネクタ受け部３０側から水素タンク２０へと、水素ガスおよび液体水素が供給可能となっている。ここで、第１液体水素供給路２４とバルブ４６との接続部には、インジェクタ２７が設けられている。インジェクタ２７は、第１液体水素供給路２４を介して供給される液体水素を加圧して、水素タンク２０内へと噴霧する装置である。液体を加圧噴霧するインジェクタは、内燃機関において燃料噴射するための周知の装置であるが、このような技術を適用したインジェクタ２７を用いることにより、水素タンク２０内に対して液体水素を加圧して噴霧することができる。図１では、第１液体水素供給路２４の途中に開閉弁３２が設けられる様子が表わされているが、第１液体水素供給路２４とバルブ４６との接続部にインジェクタ２７を設ける場合には、上記開閉弁３２は、インジェクタ２７内に設けられて噴霧の動作に伴って開閉される弁とすることができる。なお、インジェクタ２７が液体水素を噴霧に先立って加圧する際に要するエネルギは、例えば、車両１５に搭載される既述した２次電池から供給することとすればよい。
【００２３】
車両１５は、さらに、アンテナ部３７と制御部３８とを備えている（図１参照）。アンテナ部３７は、水素供給装置１８との間で通信、すなわち信号の送受信を行なう。制御部３８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部３８は、水素タンク２０に対して水素を補充する際には、既述した温度センサ３４や圧力センサ３６あるいは接続センサ３１からの検出信号を取得すると共に、開閉弁３２に対して駆動信号を出力する。また、制御部３８は、アンテナ部３７との間で、水素供給装置１８との通信に係る信号をやり取りする。水素タンク２０に対して水素を補充する際に行なわれる動作については、後に詳しく説明する。
【００２４】
なお、本実施例では、水素タンク２０は、既述したように樹脂製のライナ４０とＣＦＲＰから成る補強層４２を備えるオールコンポジット製タンクとしたが、異なる構成としても良い。上記構成とすることで、水素タンク２０の軽量化が容易となって有利であるが、例えば、ライナ４０をアルミニウム等の金属によって形成しても良く、また、補強層を有しない金属製のライナのみによって水素タンク２０を構成することとしても良い。
【００２５】
水素供給装置１８は、車両１５が備える水素タンク２０に対して水素を補充するための定置型の装置である。水素供給装置１８は、車両１５に供給するための水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵部５０と、車両１５に供給するための液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵部５１とを備えている。また、水素供給装置１８は、車両１５に接続するための構造として、接続配管１９を備えている。この接続配管１９は、端部にコネクタ５６を備えると共に、内部には、水素ガスが流れる第２水素ガス充填路５４と、液体水素が流れる第２液体水素供給路５５とが設けられている。
【００２６】
第２水素ガス充填路５４は、一端が、上記水素ガス貯蔵部５０に接続されると共に、他端が、コネクタ５６において開口部６０として開口している。第２水素ガス充填路５４には開閉弁５２が設けられており、この開閉弁５２を開閉することにより、水素ガスの流れを許容する状態と遮断する状態とを切り替えることができる。また、第２液体水素供給路５５は、一端が上記液体水素貯蔵部５１に接続されると共に、他端がコネクタ５６において開口部６１として開口している。第２液体水素供給路５５には開閉弁５３が設けられており、この開閉弁５３を開閉することにより、液体水素の流れを許容する状態と遮断する状態とを切り替えることができる。
【００２７】
コネクタ５６は、車両１５の外表面に設けられた既述したコネクタ受け部３０に接続可能であって、水素供給装置１８と車両１５との間で水素の流路を接続するための、接続配管１９の端部構造である。コネクタ５６とコネクタ受け部３０とを接続することにより、コネクタ５６の開口部６０，６１は、それぞれ、コネクタ受け部３０の開口部２３，２５と接続される。これにより、水素供給装置１８側の第２水素ガス充填路５４および第２液体水素供給路５５を、それぞれ、車両１５側の第１水素ガス充填路２２あるいは第１液体水素供給路２４に対して接続することができる。ここで、コネクタ５６の開口部６０，６１と、コネクタ受け部３０の開口部２３，２５とには、それぞれ、開口部の周囲にわたってシール部材が設けられており、水素ガス充填路と液体水素供給路とを気密な状態で接続可能になっている。なお、水素供給装置１８の第２液体水素供給路５５と車両１５の第１液体水素供給路２４とは、断熱材によって覆われており、内部を流れる液体水素の低温状態を維持して、液体水素の気化が抑えられている。
【００２８】
ここで、コネクタ５６における第２水素ガス充填路５４の開口部６０および第２液体水素供給路５５の開口部６１の配置は、コネクタ受け部３０における第１水素ガス充填路２２の開口部２３および第１液体水素供給路２４の開口部２５の配置に対応している。そのため、コネクタ５６とコネクタ受け部３０とを接続することにより、水素供給装置１８と車両１５との間で、水素ガス充填路および液体水素供給路の接続を同時に行なうことができる。ここで、コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続は、例えば、コネクタ５６が備える図示しない係合部を、コネクタ受け部３０が備える図示しない係合受け部に係合させることにより行なえばよい。なお、コネクタ受け部３０が備える既述した接続センサ３１は、例えば、上記係合受け部が係合部に係合する際の変位を検知するセンサとすることができる。また、本実施例では、水素供給装置１８と車両１５との間で、水素ガス充填路および液体水素供給路を、コネクタ５６およびコネクタ受け部３０を介して同時に接続することとしたが、異なる構成としても良い。すなわち、水素ガス充填路と液体水素供給路とのそれぞれに対して異なる接続配管を設け、水素供給装置１８と車両１５との間で、水素ガス充填路と液体水素供給路とを別々に接続することとしても良い。
【００２９】
水素供給装置１８は、さらに、アンテナ部５７と制御部５８とを備えている。アンテナ部５７は、車両１５が備える既述したアンテナ部３７との間で信号の送受信を行なう。制御部５８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部５８は、水素タンク２０に対して水素を補充する際には、開閉弁５２，５３に対して駆動信号を出力する。また、制御部５８は、アンテナ部５７との間で、車両１５との通信に係る信号をやり取りする。
【００３０】
Ｂ．充填時の動作：
図３は、車両１５に対して水素供給装置１８から水素を補充する動作の工程を示す説明図である。なお、図３に示す工程図では、車両１５および水素供給装置１８に対する人の動作と、車両１５における制御部３８等の各部で実行される処理と、水素供給装置１８の制御部５８で実行される処理とを、合わせて継時的に示している。車両１５に対して水素を補充する際には、まず、水素供給装置１８のコネクタ５６を、車両１５のコネクタ受け部３０に取り付ける（ステップＳ１００）。これにより、車両１５の第１水素ガス充填路２２および第１液体水素供給路２４が、水素供給装置１８の第２水素ガス充填路５４および第２液体水素供給路５５に、それぞれ接続される。
【００３１】
コネクタ５６がコネクタ受け部３０に接続されると、両者が接続されたことが接続センサ３１によって検出され（ステップＳ１１０）、接続センサ３１の検出信号が、車両１５の制御部３８に入力される。接続センサ３１の検出信号が制御部３８に入力されると、コネクタ５６がコネクタ受け部３０に接続されたという情報が、車両１５から水素供給装置１８へと伝えられる（ステップＳ１２０）。すなわち、コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続に係る信号が、制御部３８からアンテナ部３７に伝えられ、アンテナ部３７とアンテナ部５７との間で通信が行なわれることによって、さらに水素供給装置１８の制御部５８へと伝えられる。なお、本実施例では、車両１５と水素供給装置１８との間で行なわれる通信は、アンテナ部３７とアンテナ部５７とを介して行なうこととしたが、このような無線による通信は、電波を用いる他、例えば赤外線を用いることとしても良い。
【００３２】
コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続が伝えられると、制御部５８は、開閉弁５２，５３に対して駆動信号を出力して、これらの弁を開弁させる（ステップＳ１３０）。開閉弁５２が開弁することにより、水素ガス貯蔵部５０から、第２水素ガス充填路５４および第１水素ガス充填路２２を介して、水素タンク２０へと水素ガスの充填が開始される。また、開閉弁５３が開弁することにより、液体水素貯蔵部５１から、第２液体水素供給路５５を介して、第１液体水素供給路２４へと液体水素が流入する。このとき、第１液体水素供給路２４に設けられた開閉弁３２はまだ閉弁されているため、第１液体水素供給路２４から水素タンク２０へと液体水素が供給されることはない。
【００３３】
コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続に係る信号をアンテナ部３７に出力した後に、車両１５の制御部３８は、圧力センサ３６の検出信号と、水素タンク２０の内部温度Ｔaに係る温度センサ３４の検出信号を取得する（ステップＳ１４０）。ここで、水素タンク２０の充填率（あるいは充填量）は、水素タンク２０の容積と、水素タンク２０内の圧力と、水素タンク２０の内部温度に基づいて求めることができる。水素タンク２０の容積は一定であるため、さらにステップＳ１４０で取得した圧力と温度とを用いて、水素タンク２０の充填率（あるいは充填量）を求めることができる。具体的には、例えば、気体の状態方程式に基づいて理論的に水素ガスの充填率（充填量）を算出することができる。あるいは、水素タンク２０の圧力および内部温度と充填率との対応を示すマップを作成して制御部３８内に記憶しておき、このマップを参照して水素ガスの充填率（充填量）を求めても良い。既述したように、コネクタ５６とコネクタ受け部３０との接続が検出されて、水素供給装置１８から水素タンク２０への水素の充填が開始されることにより、水素タンク２０内の圧力は上昇を始める。圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得すると、制御部３８は、上記のように水素タンク２０における充填率（充填量）を求めて、水素タンク２０における水素の充填状態が、満充填の状態であるか否かを判断する（ステップＳ１５０）。
【００３４】
ステップＳ１５０において、水素タンク２０が満充填に達していないと判断されたときには、制御部３８は、ステップＳ１４０で検出した水素タンク２０の内部温度Ｔaが、基準値Ｔ1に達したか否かを判断する（ステップＳ１９０）。ここで、基準値Ｔ1とは、水素タンク２０の内部温度の上限値に基づいて、水素タンク２０の内部温度が上限値を超えない制御が可能となるように予め定められた値である。本実施例では、水素タンク２０の内部温度の上限値を８５℃としており、上記基準値Ｔ1は、この上限値よりも５℃低い８０℃に設定している。
【００３５】
ステップＳ１９０において、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1未満である場合には、水素タンク２０の内部温度Ｔaが、許容できる温度範囲であると判断することができる。そこで制御部３８は、ステップＳ１４０に戻って圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得して、水素タンク２０が満充填状態であるか否かを判断する動作を再び行なう。水素タンク２０が満充填ではなく、水素タンク２０の内部温度Ｔaが許容できる温度範囲である状態が続く間は、制御部３８は、ステップＳ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１９０の動作を繰り返す。すなわち、圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得して、水素タンク２０が満充填に達したか否かを判断すると共に、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1に達したか否かを判断する動作を繰り返す。
【００３６】
上記の動作を繰り返すうちに、水素タンク２０に対する水素の充填量が増加し、それに伴い水素タンク２０の内部温度Ｔaが上昇する。その後、ステップＳ１９０において水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1以上であると判断されると、制御部３８は、インジェクタ２７に駆動信号を出力して、インジェクタ２７を介して水素タンク２０内へと一定量の液体水素を噴霧させる（ステップＳ２００）。液体水素が水素タンク２０内へと噴霧されると、液体水素が気化する際に周囲の熱を奪うことにより、水素タンク２０の内部温度が低下する。また、液体水素自身の温度が水素タンク２０の内部温度よりも低いことにより、水素タンクの内部温度が低下する。このとき、噴霧された液体水素は、気化して水素ガスとなり、水素ガス充填路を介して充填された水素ガスと共に水素タンク２０内に蓄えられる。その後、制御部３８は、ステップＳ１４０に戻って圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得して、水素タンク２０が満充填状態であるか否かを判断する動作を再び行なう。そして、ステップＳ１５０で水素タンク２０が満充填であると判断されるまで、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1以上の時には水素タンク２０内に液体水素を噴霧する動作を行ないつつ、圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号を取得する動作を繰り返す。
【００３７】
ステップＳ１５０において水素タンク２０が満充填となったと判断されると、満充填になったという情報が、車両１５から水素供給装置１８へと伝えられる（ステップＳ１６０）。すなわち、満充填に係る信号が、制御部３８からアンテナ部３７に伝えられ、アンテナ部３７とアンテナ部５７との間で通信が行なわれることによって、さらに水素供給装置１８の制御部５８へと伝えられる。
【００３８】
水素タンク２０が満充填になったという情報が伝えられると、水素供給装置１８の制御部５８は、開閉弁５２，５３に対して駆動信号を出力して、これらの弁を閉弁させる（ステップＳ１７０）。これにより、水素ガス貯蔵部５０からの水素ガスの供給、および、液体水素貯蔵部５１からの液体水素の供給が停止される。その後、コネクタ５６をコネクタ受け部３０から外すことにより（ステップＳ１８０）、水素充填の動作が終了する。
【００３９】
以上のように構成された本実施例の水素充填システム１０によれば、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1に達したときに、水素タンク２０内に対して液体水素を噴霧するため、水素タンク２０の内部温度Ｔaが望ましくない高温に達するのを抑制することができる。すなわち、本実施例では、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準値Ｔ1以上となるのを抑える制御が繰り返し行なわれるため、水素タンク２０が満充填となるまで、水素充填を行なう間を通して、水素タンク２０の内部温度の上限値への到達を抑制することができる。なお、本実施例では、水素充填の目標値を満充填としているが、ステップＳ１５０において、満充填よりも少ない充填量に達したか否かを判断することとして、満充填よりも少ない量を水素充填の目標値としても良い。このような構成としても、水素充填が終了するまでの間、水素タンク２０の内部温度の上限値への到達を抑制する同様の効果が得られる。
【００４０】
また、上記のように本実施例では、水素タンク２０への水素ガスの充填時に水素タンク２０の内部温度に応じて液体水素を噴霧するため、水素タンク２０からの放熱を利用しなくても、水素タンク２０の内部温度の過剰な上昇を抑制できる。したがって、水素充填を行なう際に、放熱のための時間を確保する必要がなく、より短時間の内に水素充填の動作を終了することが可能になる。したがって、車両１５に対する燃料補給のために要する時間を短縮することができ、車両１５を使用する際の利便性が向上する。
【００４１】
さらに、本実施例では、水素タンク２０内の温度上昇を抑制するために水素タンク２０内に供給する冷媒として、液体水素を用いているため、冷却に用いた後の冷媒を、水素ガスとしてそのまま水素タンク２０内に蓄えることができる。そのため、水素タンク２０内へと冷媒を直接供給しても、用いた冷媒が水素タンク２０内に貯蔵される水素ガスに影響して不都合を生じることがない。したがって、水素タンク内に冷媒流路を別途形成したり、水素タンク内に供給した冷媒を除去する必要が無く、水素タンクの冷却に起因する水素タンクの内部構造の複雑化を抑制することができる。また、このように水素タンクの構造の複雑化を抑制できることにより、水素タンクの製造工程を簡素化することができる。
【００４２】
さらに、本実施例では、冷媒である液体水素を水素タンク２０内へと供給する際に噴霧を行なっているため、水素タンク２０内の空間のより広い範囲に対して効率よく液体水素を分散させることができ、水素タンク２０内のより広い範囲を速やかに冷却させることができる。また、噴霧による供給を行なうことにより、水素タンク２０内に吐出される液体水素の液滴の微粒子化が容易となるため、水素タンク２０内で液体水素を気化させる効率を向上させて、より速やかに水素タンク２０内を冷却することが可能になる。
【００４３】
このように、液体水素を用いて水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制可能となることにより、水素供給装置１８においても、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑えるための特別な構成を不要とし、あるいは小型化する効果が得られる。水素タンク２０の内部温度の上昇を抑えるために水素供給装置に設ける特別な構成としては、例えば、車両１５側に供給する水素ガスを冷却するための装置を挙げることができる。あるいは、車両１５の水素タンク２０内に冷媒流路を設ける構成とする場合における、上記冷媒流路に冷媒を循環させる装置を挙げることができる。このように、供給水素を冷却したり冷媒を循環させるためのエネルギ消費量を抑制できることにより、水素充填システム１０全体として、水素充填のために要するエネルギを削減することが可能となる。
【００４４】
また、本実施例の水素充填システム１０では、水素タンク２０において、水素タンク２０の内部温度を検出する温度センサ３４を、液体水素を噴霧するインジェクタ２７を配置した端部とは異なる側の端部に配置している。水素タンク２０の内部では、低温の液体水素を噴霧するインジェクタ２７が配置された端部側の方が温度が低下しやすく、インジェクタ２７から離れた端部の近傍では、相対的に温度が高くなり易い。このように相対的に温度が高くなる側の端部に温度センサを配置して、その検出温度に基づいて既述した制御を行なうことにより、局所的であっても望ましくない高温部が生じることを効果的に抑制することができ、水素タンク２０の内部温度を抑える動作の信頼性を高めることができる。
【００４５】
本実施例では、水素充填動作の開始に係る情報を、車両１５側のコネクタ受け部３０に設けた接続センサ３１によって検知し、車両１５と水素供給装置１８との間で無線で通信を行なうことにより、水素供給装置１８側の制御部５８に伝え、水素供給装置１８側の開閉弁５２，５３を開弁する構成としたが、異なる構成としても良い。例えば、接続センサ３１が検知した水素充填動作の開始に係る情報を、車両１５から水素供給装置１８へと、有線にて伝達しても良い。この場合には、例えば、車両１５においては制御部３８とコネクタ受け部３０との間に信号線を配設すると共に、水素供給装置１８においては制御部５８とコネクタ５６との間に信号線を配設し、コネクタ５６の接続の際に、信号線の接続も同時に行なうこととすればよい。あるいは、水素供給装置１８のコネクタ５６にも接続センサを設け、車両１５と通信を行なうことなく水素供給装置１８の開閉弁５２，５３を開弁させることとしても良い。
【００４６】
また、本実施例では、インジェクタ２７を水素タンク２０の端部に設け、水素タンク２０内に向かって液体水素を噴霧することにより、水素タンク２０内のより広い範囲を速やかに冷却可能にしているが、異なる構成としても良い。例えば、インジェクタ２７を第１水素ガス充填路２２に設け、水素タンク２０に供給するための水素ガス中に液体水素を噴霧しても良い。このような構成とすれば、液体水素が噴霧されることにより温度が低下した水素ガスを水素タンク２０に供給することができ、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制する同様の効果が得られる。また、水素タンク２０内と水素ガス充填路２２内の両方に対して、液体水素を噴霧することとしても良い。このように、水素ガス充填路２２と水素タンク２０の少なくとも一方に対して液体水素を噴霧することにより、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、実施例では、水素タンク２０において、インジェクタ２７を、第１水素ガス充填路２２が接続されているバルブ４６側に設けたが、異なる構成としても良い。水素充填時に水素タンク２０内が断熱圧縮により昇温する際には、内部に充填されて昇温した水素よりも、外部から供給される水素の方が温度が低いため、第１水素ガス充填路２２が接続されているバルブ４６近傍では相対的に温度が低下する。そのため、相対的に温度が高くなり易い端部、すなわち、第１水素ガス充填路２２が接続されている端部に対向する端部にインジェクタ２７を配置することにより、相対的に温度が高くなり易い領域を効果的に冷却し、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制する動作の信頼性をより高めることができる。
【００４８】
また、液体水素を噴霧する際に、液体水素を加圧噴霧するインジェクタ２７に代えて２流体ノズルを用い、水素ガスを用いて液体水素を微粒子化して噴霧しても良い。このような構成とすれば、液体水素をさらに微粒子化して噴霧することが可能となる。したがって、２流体ノズルを用いて水素タンク２０内に液体水素を噴霧することにより、水素タンク２０内の均一な冷却がより容易となる。また、液体水素を噴霧するために用いる気体として水素ガスを用いるため、水素タンク２０内に望ましくない物質が混入することがない。なお、２流体ノズルを用いる場合には、噴霧のために用いる水素ガスのための流路は、第１水素ガス充填路２２から分岐して設ければよいため、２流体ノズルは、第１水素ガス充填路が接続される側のバルブに設けることも、異なる側のバルブに設けることも可能である。
【００４９】
あるいは、液体水素を噴霧する際に、インジェクタや２流体ノズルに代えて、キャブレタを用いても良い。キャブレタとは、内燃機関において燃料と空気を混合するための周知の装置であるが、同様の構造を水素ガスの流路に設けて、水素ガス流路内の水素ガスに対して液体水素を霧化して混合することができる。キャブレタを用いる場合には、水素ガス流路内に発生する負圧を利用して、第１液体水素供給路を経由した液体水素を吸い上げて霧化させるため、液体水素噴霧の際に、インジェクタや２流体ノズルのようにエネルギを消費することがなく、水素充填に伴うエネルギ消費量を削減できる。このような構成とすれば、液体水素の噴霧によって冷却された水素ガスを水素タンク２０に供給することにより、水素タンク２０の内部温度の上昇を抑制することができる。この場合には、キャブレタにおいて液体水素を噴霧するために設けられた吐出口を開閉する開閉弁は、車両１５側に設けても良いし、水素供給装置１８側に設けても良い。水素供給装置１８側に上記開閉弁を設ける場合には、既述した開閉弁５３を用いることができる。制御部３８がステップＳ２００において液体水素の噴霧が必要と判断したときには、制御部３８からの駆動信号を通信により水素供給装置１８側に伝えて上記開閉弁５３を所定時間開弁させ、液体水素を供給可能とすればよい。車両１５側に上記開閉弁を設ける場合には、第１液体水素供給路２４において、キャブレタよりも上流に上記開閉弁を設け、制御部３８からの駆動信号に応じて所定時間開弁させればよい。キャブレタを設ける水素ガス流路は、第１水素ガス充填路２２であっても良く、第１水素ガス充填路２２から分岐して設けられ、第１水素ガス充填路２２とは異なる側の端部で水素タンク２０に接続する流路であっても良い。
【００５０】
なお、本実施例の水素充填システム１０において、開閉弁５２，５３を閉弁して水素充填の動作を終了する際には、第１液体水素供給路２４および第２液体水素供給路５５内に液体水素が残留することになる。このような状態を抑制するためには、例えば、水素タンク２０が満充填となる少し前に、液体水素供給路内の液体水素を水素タンク２０内へと吐出させて、液体水素供給路内から液体水素を排出すればよい。具体的には、ステップＳ１４０で取得する圧力センサ３６および温度センサ３４の検出信号から得られる水素タンク２０内の充填率（充填量）が、満充填よりも所定量小さい値となったときに、開閉弁５３を閉弁すると共にインジェクタ２７を駆動して、液体水素供給路内に残留する液体水素を水素タンク２０内へと噴霧させればよい。あるいは、コネクタ５６における開口部６１およびコネクタ受け部３０における開口部２５の各々に開閉弁を設け、コネクタ５６とコネクタ受け部３０の接続時にはこれらの開閉弁を開弁し、水素充填終了時にはこれらの開閉弁を閉弁することとしても良い。このような構成とすれば、水素充填が終了してコネクタ５６をコネクタ受け部３０から外すときには、液体水素は各液体水素供給路内に封入されることになる。
【００５１】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
Ｃ１．変形例１：
実施例では、水素タンクあるいは水素ガス流路内の水素ガスに対して液体水素を供給する際に、液体水素を噴霧することとしたが、異なる構成としても良い。液体水素が水素ガス中に充分に広く拡散可能であり、充分に速く気化可能であるならば、噴霧以外の吐出、すなわち、霧状よりも液滴が大きな状態での吐出であっても良い。このような液体水素の吐出を行なう開閉自在な吐出口を、水素タンク内あるいは水素ガス充填路内に開口するように設けることにより、実施例と同様の効果が得られる。特に、水素タンク２０が備えるライナ４０として樹脂製ライナを用いる場合には、低温の液体水素がライナに接触しないことが望ましい。そのため、樹脂製ライナを備える水素タンク内に液体水素を供給する場合には、水素タンク内に吐出された液体水素の液滴が、ライナ壁面に到達するまでに気化可能な大きさの液滴として吐出すれば良い。
【００５３】
Ｃ２．変形例２：
実施例では、水素タンク２０の内部温度Ｔaに基づいて、液体水素を吐出するタイミングを決定したが、異なる構成としても良い。例えば、水素充填終了時の水素タンク２０の内部温度を予測し、満充填時に水素タンク２０の内部温度が基準値を超えると判断される場合には、液体水素の噴霧を行なうこととすることができる。水素充填終了時の水素タンク２０の内部温度の予測は、例えば、水素タンク２０の内部温度と水素タンク２０の充填率とに基づいて満充填時の水素タンク２０の内部温度を求めるためのマップを予め作成して制御部３８内に記憶しておき、このマップを参照して行なうことができる。水素タンク２０の容量は予め定まっているため、水素ガスの充填速度、すなわち、水素供給装置１８から供給される水素ガスの流量が一定である場合には、初期条件としての水素タンク２０の内部温度と水素タンク２０の充填率とに応じて、満充填時の水素タンク２０の内部温度を精度良く予測することができる。マップを参照する時の用いる水素タンク２０の内部温度と水素タンクの充填率とは、ステップＳ１４０で圧力センサ３６および温度センサ３４から取得した検出信号に基づいて求めることができる。また、このとき、さらに外気温の検出値を用いて、水素タンク２０からの放熱を考慮した補正を行なっても良い。マップを参照して求めた満充填時の水素タンク２０の内部温度の予測値が基準値を超えたときには、その都度、液体水素の噴霧を行なうことにより、実際に満充填となる時には、水素タンク２０の内部温度を上記基準値よりも低く抑えることができる。また、水素充填終了時の水素タンク２０の内部温度のマップとして、満充填よりも少ない充填量に対応したマップも同様に用意するならば、満充填よりも少ない量を目標値として水素充填を行なう際にも、同様の制御が可能になる。あるいは、満充填時の水素タンク２０の内部温度の予測は、熱力学的な計算に基づいて理論的に行なうこととしても良い。
【００５４】
Ｃ３．変形例３：
実施例では、車両１５が備える制御部３８において、液体水素を吐出するタイミングを決定すると共に、液体水素を吐出するための開閉弁に対して駆動信号を出力していたが、異なる構成としても良い。例えば、液体水素の吐出に係る制御を行なう制御部は、水素供給装置１８側のみに設けることとしても良い。この場合には、車両１５側の温度センサ３４および圧力センサ３６の検出信号を、通信により水素供給装置１８側に伝達すると共に、水素供給装置１８が備える制御部からの駆動信号を、通信により車両１５側の開閉弁に伝達すればよい。
【００５５】
Ｃ４．変形例４：
実施例では、水素供給装置１８から一定の流量で水素ガスを供給し、水素タンク２０の内部温度が基準値を超えると判断される場合に一定量の液体水素を吐出する動作を繰り返すこととしたが、異なる構成としても良い。例えば、検出した水素タンク２０の内部温度や、予測した充填終了時の水素タンク２０の内部温度が基準値未満であっても、液体水素の吐出を行ない、水素タンク２０の内部温度を積極的に低下させる制御を行なっても良い。また、水素供給装置１８からの供給水素ガスの流量を変更可能としても良い。より多くの液体水素を吐出させて水素タンク２０の内部温度を積極的に低下させつつ、水素供給装置１８からの供給水素ガスの流量を増加させるならば、水素ガスの充填時間をより短縮することが可能になり、かつ、水素タンク２０内に貯蔵される水素量を多くすることが可能になる。
【００５６】
Ｃ５．変形例５：
実施例では、車両１５が搭載する水素タンク２０は、高圧水素ガスを貯蔵する水素ガスボンベとしたが、異なる構成としても良い。例えば、水素吸蔵合金を内部に備える水素タンクであっても良い。水素吸蔵合金を備える水素タンクでは、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることにより水素を蓄えると共に、水素タンクの内壁と水素吸蔵合金の間の空間において、圧縮ガスとして水素ガスを蓄えることができる。水素吸蔵合金は、一般に、水素吸蔵時に発熱するため、このような水素タンクに水素を充填する際には、いわゆる断熱圧縮による発熱に加えて、水素吸蔵合金が水素を吸蔵することによる発熱によって、水素タンク内が昇温する。このような水素タンクを用いる場合にも、例えば水素タンク内の温度に応じて、水素タンク内の空間や水素ガス流路内に液体水素を噴霧することにより、水素タンク内の温度上昇を抑える同様の効果を得ることができる。
【００５７】
Ｃ６．変形例６：
実施例では、液体水素の噴霧が行なわれる水素タンク２０を搭載する車両１５は、駆動用電源として燃料電池を搭載する電気自動車としたが、異なる構成としても良い。例えば、駆動動力源として水素エンジンを搭載する車両が備える水素タンクに対して水素ガスを補充する際にも、本発明を適用することができる。また、車両以外の移動体であっても良く、駆動エネルギを発生するためのエネルギ源である水素を貯蔵する水素タンクを搭載する移動体に対して、水素を補充するシステムにおいて、本願は広く適用可能である。
【００５８】
また、移動体に搭載された水素タンクに対して水素を補充する以外の構成とすることもできる。例えば、移動体に搭載されていない単独の水素タンクに対して、水素ガス供給装置から水素ガスを充填する場合に、本願発明を適用しても良い。このような場合であっても、水素ガスの高速充填が可能となり、水素充填に要する時間を短縮可能となる同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】水素充填システム１０の概略構成を模式的に表わす説明図である。
【図２】水素タンク２０に係る構成を表わす説明図である。
【図３】車両１５に対して水素を補充する動作の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…水素充填システム
１３，１４…開閉弁
１５…車両
１７…充填ノズル
１８…水素供給装置
１９…接続配管
２０…水素タンク
２１…容器附属バルブ
２２…第１水素ガス充填路
２３，２５…開口部
２４…第１液体水素供給路
２６…燃料供給路
２７…インジェクタ
３０…コネクタ受け部
３１…接続センサ
３２…開閉弁
３４…温度センサ
３６…圧力センサ
３７…アンテナ部
３８…制御部
４０…ライナ
４２…補強層
４４…口金
４５，４６…バルブ
５０…水素ガス貯蔵部
５１…液体水素貯蔵部
５２，５３…開閉弁
５４…第２水素ガス充填路
５５…第２液体水素供給路
５６…コネクタ
５７…アンテナ部
５８…制御部
６０，６１…開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素タンクに対して水素充填装置から水素を補充する水素充填システムであって、
前記水素充填装置側から前記水素タンクに接続されて、前記水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素充填装置側から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに接続されて、前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記液体水素供給路に設けられた開閉部であって、開口することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入させると共に、閉塞することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部と、
前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記開閉部を開閉させるための駆動信号を出力する制御部と
を備える水素充填システム。
【請求項２】
請求項１記載の水素充填システムであって、さらに、
前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる
水素充填システム。
【請求項３】
請求項１記載の水素充填システムであって、さらに、
前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する予測部を備え、
前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記予測部が予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる
水素充填システム。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の水素充填システムであって、
前記液体水素供給路から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素の供給が噴霧により行われる
水素充填システム。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の水素充填システムであって、
前記水素タンクは、長手方向を有し、
前記水素ガス充填路は、前記水素タンクにおける少なくとも前記長手方向の一方の端部近傍において前記水素タンクに接続し、
前記液体水素供給路と前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクとの接続部は、前記水素タンクにおける前記長手方向の他方の端部近傍に設けられている
水素充填システム。
【請求項６】
請求項５記載の水素充填システムであって、
前記水素タンクは、移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄えるタンクである
水素充填システム。
【請求項７】
水素タンクに対して水素を補充する水素充填方法であって、
前記水素タンクに対して、水素ガスを供給する第１の工程と、
前記第１の工程で前記水素タンクに水素ガスを供給する際に、前記水素タンクに接続して前記水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素を供給する第２の工程と
を備える水素充填方法。
【請求項８】
請求項７記載の水素充填方法であって、さらに、
前記水素タンクの内部温度を検出する第３の工程を備え、
前記第２の工程は、前記第３の工程で検出した検出温度が基準値を超える場合に、液体水素を供給する
水素充填方法。
【請求項９】
請求項７記載の水素充填方法であって、さらに、
前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する第３の工程を備え、
前記第２の工程は、前記第３の工程で予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、液体水素を供給する
水素充填方法。
【請求項１０】
請求項７ないし９いずれか記載の水素充填方法であって、
前記第２の工程は、前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して前記液体水素を供給する際に、液体水素を噴霧して供給する
水素充填方法。
【請求項１１】
請求項７ないし１０いずれか記載の水素充填方法であって、
前記水素タンクは、移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄えるタンクである
水素充填方法。
【請求項１２】
駆動エネルギを発生するためのエネルギ源として水素を用いる移動体であって、
水素を蓄える水素タンクと、
前記移動体の外部に開口する第１の開口部を有し、前記第１の開口部から前記水素タンクへと水素ガスを導く水素ガス充填路と、
前記移動体の外部に開口する第２の開口部を有し、前記第２の開口部から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を導く液体水素供給路と
を備える移動体。
【請求項１３】
請求項１２記載の移動体であって、さらに、
前記液体水素供給路において、開口することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入可能にすると共に、閉塞することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部を備える
移動体。
【請求項１４】
請求項１３記載の移動体であって、さらに、
前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサと、
前記水素ガス充填路を介して前記水素タンクへと水素ガスが充填される際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させるための駆動信号を前記開閉部に対して出力する制御部と
を備える移動体。
【請求項１５】
請求項１３記載の移動体であって、さらに、
前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する予測部と、
前記水素ガス充填路を介して前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記予測部が予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させるための駆動信号を前記吐出口を前記開閉部に対して出力する制御部と
を備える移動体。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５いずれか記載の移動体であって、
前記液体水素供給路から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素の供給が噴霧により行われる
移動体。
【請求項１７】
移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄える水素タンクに対して、水素の補充を行なう水素充填装置であって、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第１の開口部に接続可能な第２の開口部を有し、前記第２の開口部を介して前記第１の開口部に対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第３の開口部に接続可能な第４の開口部を有し、前記第４の開口部を介して前記第３の開口部に対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記水素ガス充填路および前記液体水素供給路を内部に備える接続配管と、
前記接続配管の端部に設けられ、前記第２の開口部および前記第４の開口部を備え、前記第２の開口部および前記第４の開口部の配置が、前記移動体における前記第１の開口部および前記第３の開口部の位置にそれぞれ対応する配置となっており、前記移動体表面における前記第１の開口部および前記第３の開口部の近傍に設けられた移動体側係合部に係合可能な供給装置側係合部を有し、前記供給装置側係合部を前記移動体側係合部に係合させることにより、前記第１の開口部に対する前記第２の開口部の接続、および、前記第３の開口部に対する前記第４の開口部の接続を、同時に実現可能となる接続部と
を備える水素充填装置。
【請求項１８】
移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄える水素タンクに対して、水素の補充を行なう水素充填装置であって、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第１の開口部に接続可能であって、接続された前記第１の開口部に対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第２の開口部に接続可能であって、接続された前記第２の開口部に対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記水素ガス充填路に設けられ、前記水素ガス充填路内における水素ガスの流れを許容する状態と水素ガスの流れを遮断する状態とを切り替える第１の開閉部と、
前記液体水素供給路に設けられ、前記液体水素供給路内における液体水素の流れを許容する状態と液体水素の流れを遮断する状態とを切り替える第２の開閉部と、
前記水素タンクに対して水素の補充を行なう際に、前記移動体から出力される信号を受信して、前記信号に基づいて前記第１および第２の開閉部を開閉するための駆動信号を出力する制御部と
を備える水素充填装置。
【請求項１】
水素タンクに対して水素充填装置から水素を補充する水素充填システムであって、
前記水素充填装置側から前記水素タンクに接続されて、前記水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素充填装置側から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに接続されて、前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記液体水素供給路に設けられた開閉部であって、開口することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入させると共に、閉塞することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部と、
前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記開閉部を開閉させるための駆動信号を出力する制御部と
を備える水素充填システム。
【請求項２】
請求項１記載の水素充填システムであって、さらに、
前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる
水素充填システム。
【請求項３】
請求項１記載の水素充填システムであって、さらに、
前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する予測部を備え、
前記制御部は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置から前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記予測部が予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させる
水素充填システム。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の水素充填システムであって、
前記液体水素供給路から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素の供給が噴霧により行われる
水素充填システム。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の水素充填システムであって、
前記水素タンクは、長手方向を有し、
前記水素ガス充填路は、前記水素タンクにおける少なくとも前記長手方向の一方の端部近傍において前記水素タンクに接続し、
前記液体水素供給路と前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクとの接続部は、前記水素タンクにおける前記長手方向の他方の端部近傍に設けられている
水素充填システム。
【請求項６】
請求項５記載の水素充填システムであって、
前記水素タンクは、移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄えるタンクである
水素充填システム。
【請求項７】
水素タンクに対して水素を補充する水素充填方法であって、
前記水素タンクに対して、水素ガスを供給する第１の工程と、
前記第１の工程で前記水素タンクに水素ガスを供給する際に、前記水素タンクに接続して前記水素タンクに対して水素ガスを供給する水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素を供給する第２の工程と
を備える水素充填方法。
【請求項８】
請求項７記載の水素充填方法であって、さらに、
前記水素タンクの内部温度を検出する第３の工程を備え、
前記第２の工程は、前記第３の工程で検出した検出温度が基準値を超える場合に、液体水素を供給する
水素充填方法。
【請求項９】
請求項７記載の水素充填方法であって、さらに、
前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する第３の工程を備え、
前記第２の工程は、前記第３の工程で予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、液体水素を供給する
水素充填方法。
【請求項１０】
請求項７ないし９いずれか記載の水素充填方法であって、
前記第２の工程は、前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して前記液体水素を供給する際に、液体水素を噴霧して供給する
水素充填方法。
【請求項１１】
請求項７ないし１０いずれか記載の水素充填方法であって、
前記水素タンクは、移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄えるタンクである
水素充填方法。
【請求項１２】
駆動エネルギを発生するためのエネルギ源として水素を用いる移動体であって、
水素を蓄える水素タンクと、
前記移動体の外部に開口する第１の開口部を有し、前記第１の開口部から前記水素タンクへと水素ガスを導く水素ガス充填路と、
前記移動体の外部に開口する第２の開口部を有し、前記第２の開口部から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を導く液体水素供給路と
を備える移動体。
【請求項１３】
請求項１２記載の移動体であって、さらに、
前記液体水素供給路において、開口することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへと液体水素を流入可能にすると共に、閉塞することによって前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクへの液体水素の供給を抑制する開閉部を備える
移動体。
【請求項１４】
請求項１３記載の移動体であって、さらに、
前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサと、
前記水素ガス充填路を介して前記水素タンクへと水素ガスが充填される際に、前記温度センサが検出した検出温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させるための駆動信号を前記開閉部に対して出力する制御部と
を備える移動体。
【請求項１５】
請求項１３記載の移動体であって、さらに、
前記水素タンクへの水素ガス充填の終了時における前記水素タンクの内部温度を予測する予測部と、
前記水素ガス充填路を介して前記水素タンクへと水素ガスの充填を行なう際に、前記予測部が予測した前記内部温度が基準値を超える場合に、前記開閉部を開口させるための駆動信号を前記吐出口を前記開閉部に対して出力する制御部と
を備える移動体。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５いずれか記載の移動体であって、
前記液体水素供給路から前記水素ガス充填路および／または前記水素タンクに対して、液体水素の供給が噴霧により行われる
移動体。
【請求項１７】
移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄える水素タンクに対して、水素の補充を行なう水素充填装置であって、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第１の開口部に接続可能な第２の開口部を有し、前記第２の開口部を介して前記第１の開口部に対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第３の開口部に接続可能な第４の開口部を有し、前記第４の開口部を介して前記第３の開口部に対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記水素ガス充填路および前記液体水素供給路を内部に備える接続配管と、
前記接続配管の端部に設けられ、前記第２の開口部および前記第４の開口部を備え、前記第２の開口部および前記第４の開口部の配置が、前記移動体における前記第１の開口部および前記第３の開口部の位置にそれぞれ対応する配置となっており、前記移動体表面における前記第１の開口部および前記第３の開口部の近傍に設けられた移動体側係合部に係合可能な供給装置側係合部を有し、前記供給装置側係合部を前記移動体側係合部に係合させることにより、前記第１の開口部に対する前記第２の開口部の接続、および、前記第３の開口部に対する前記第４の開口部の接続を、同時に実現可能となる接続部と
を備える水素充填装置。
【請求項１８】
移動体に搭載されて該移動体の駆動用燃料としての水素を蓄える水素タンクに対して、水素の補充を行なう水素充填装置であって、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第１の開口部に接続可能であって、接続された前記第１の開口部に対して水素ガスを供給する水素ガス充填路と、
前記水素タンクに連通して前記移動体の外部に開口する第２の開口部に接続可能であって、接続された前記第２の開口部に対して液体水素を供給する液体水素供給路と、
前記水素ガス充填路に設けられ、前記水素ガス充填路内における水素ガスの流れを許容する状態と水素ガスの流れを遮断する状態とを切り替える第１の開閉部と、
前記液体水素供給路に設けられ、前記液体水素供給路内における液体水素の流れを許容する状態と液体水素の流れを遮断する状態とを切り替える第２の開閉部と、
前記水素タンクに対して水素の補充を行なう際に、前記移動体から出力される信号を受信して、前記信号に基づいて前記第１および第２の開閉部を開閉するための駆動信号を出力する制御部と
を備える水素充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１６９１８０（Ｐ２０１０−１６９１８０Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１８９８（Ｐ２００９−１１８９８）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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