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】水素充填時に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。
【解決手段】水素タンクに対して水素充填装置から水素ガスを補充する水素充填システムであって、水素充填装置側と水素タンクとを連通させて、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、水素タンクと水素充填装置側とを連通させて、水素タンク内の水素ガスを水素充填装置側へと導く水素ガス戻し流路と、水素ガス戻し流路に設けられた開閉弁と、水素充填装置から水素タンクへの水素充填を行なう際に、水素タンク内が予め設定した高温状態に該当する場合には、水素ガス充填路を介した水素ガスの供給を継続する状態で、開閉弁を閉弁状態から開弁状態へと切り替えさせる戻り状態切り替え制御部と、を備える水素充填システム。
【解決手段】水素タンクに対して水素充填装置から水素ガスを補充する水素充填システムであって、水素充填装置側と水素タンクとを連通させて、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、水素タンクと水素充填装置側とを連通させて、水素タンク内の水素ガスを水素充填装置側へと導く水素ガス戻し流路と、水素ガス戻し流路に設けられた開閉弁と、水素充填装置から水素タンクへの水素充填を行なう際に、水素タンク内が予め設定した高温状態に該当する場合には、水素ガス充填路を介した水素ガスの供給を継続する状態で、開閉弁を閉弁状態から開弁状態へと切り替えさせる戻り状態切り替え制御部と、を備える水素充填システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関するものである。
【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】
上記のような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。水素タンク内の温度上昇を抑えつつ水素を充填する方法の一つとして、従来、燃料電池車の水素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、燃料電池車への水素ガスの供給に先立って水素ステーション内において水素ガスを冷却する（予冷却する）構成が提案されている（例えば、特開２００８−２０２６１９号公報など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２６１９号公報
【特許文献２】特開２００２−０８９７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、供給する水素を予冷却する場合であっても、水素タンク内に水素ガスを充填する際には、いわゆる断熱圧縮による水素タンク内の温度上昇は避けられず、より充分に水素タンク内の温度上昇を抑えて、水素充填の動作における温度上昇抑制の信頼性を高めることが望まれていた。また、水素タンクに水素ガスを充填するための水素ガス供給装置に係る構成の簡素化、低コスト化のため、水素ガスを予冷却するための冷却装置を小型化、あるいは削減したいという要請もある。
【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、水素充填時に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ガス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と前記水素タンクとを連通させて、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、
前記水素タンクと前記水素充填装置側とを連通させて、前記水素タンク内の水素ガスを前記水素充填装置側へと導く水素ガス戻し流路と、
前記水素ガス戻し流路に設けられた開閉弁であって、開弁することによって前記水素タンク内の水素ガスの前記水素充填装置側への流入を許容すると共に、閉弁することによって前記水素タンクから前記水素充填装置側への水素の流入を抑制する開閉弁と、
前記水素充填装置から前記水素タンクへの水素充填を行なう際に、前記水素タンク内が予め設定した高温状態に該当する場合には、前記水素ガス充填路を介した水素ガスの供給を継続する状態で、前記開閉弁を閉弁状態から開弁状態へと切り替えさせる戻り状態切り替え制御部と
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によれば、水素充填装置から水素タンクへと水素充填を行なう際に、水素タンク内が予め設定した高温状態に該当すると判断される場合には、水素タンクへの水素ガスの供給を継続する状態で、水素ガス戻し流路の開閉弁が開弁状態に切り替えられる。このように、水素タンク内で昇温した水素ガスを水素充填装置側に回収しつつ、水素タンクに対して水素ガスの供給を継続することにより、水素タンク内の温度上昇を抑制することができる。これにより、水素充填時に水素タンク内の温度が望ましくない程度に上昇してしまうことを抑制する動作の信頼性を高めることができる。
【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、前記水素タンク内の温度を検出する温度センサを備え、前記戻り状態切り替え制御部は、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記高温状態に該当すると判断す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、検出した水素タンク内の温度に基づいて、水素ガス戻し流路に設けた開閉弁を開弁するため、水素タンク内の温度が望ましくない程度に上昇するのを抑制する動作の精度を向上させることができる。
【００１１】
［適用例３］
適用例２記載の水素充填システムであって、前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量と等しく、前記戻り状態切り替え制御部は、前記開閉弁を開弁させた後に、前記水素タンク内の温度が、前記水素戻し基準温度よりも低温である戻し停止基準温度以下となった場合に、前記開閉弁を閉弁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、水素タンクから水素充填装置側に流れる水素ガス流量が、水素充填装置側から水素タンクへと供給される水素ガス流量に等しいため、水素タンク内の水素圧が、開閉弁を開弁したときの水素圧に維持される。したがって、水素タンク内の温度が戻し停止基準温度以下となった場合には、開閉弁を開弁したときの水素圧の状態から、水素タンク内の水素充填量を増加させる動作を行なえばよい。したがって、水素タンク内の温度を低下させた効果が損なわれることなく、更なる水素充填を行なうことができる。
【００１２】
［適用例４］
適用例３記載の水素充填システムであって、前記水素充填装置は、前記水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部を備え、前記水素ガス充填路は、前記水素タンクに接続する下流側の圧力が一定となる状態で、水素ガスの供給を許容するレギュレータと、前記水素ガス充填路を流れる水素ガスを、前記レギュレータを迂回するように導く分岐路と、水素ガスが流れる経路を、前記レギュレータを経由する経路と、前記分岐路を経由する経路と、で切り替える切替弁と、を備え、前記水素充填システムは、さらに、前記開閉弁が閉弁しているときには、水素ガスが前記分岐路を経由し、前記開閉弁が開弁しているときには、水素ガスが前記レギュレータを経由するように、前記切替弁を駆動する供給流路切り替え制御部を備え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、開閉弁を開弁するときには、レギュレータを経由するように水素ガスを導くことにより、水素タンクから水素充填装置側に流れる水素ガス流量と、水素充填装置側から水素タンクへと供給される水素ガス流量とを等しくすることができる。
【００１３】
［適用例５］
適用例２記載の水素充填システムであって、さらに、前記水素タンクにおける充填量を反映する値を検出する充填量検出部を備え、前記戻り状態切り替え制御部は、前記充填量検出部が検出した前記水素タンクにおける充填量を反映する値が、満充填よりも少ない充填量に対応する基準値に達したときに、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、前記基準値に応じて定めた前記水素戻し基準温度を超える場合に、前記開閉弁を開弁させる水素充填システム。適用例５に記載の水素充填システムによれば、水素タンクの充填量に応じて設定した水素戻し基準温度に基づいて開閉弁を開弁するため、水素タンクの充填量に応じて、水素タンクの温度上昇を抑えるために必要と判断される場合にだけ、水素タンクから水素供給装置側へと水素ガスを戻す動作が行なわれることになる。そのため、水素タンクから水素供給装置側へと水素ガスを戻す動作が過剰に行なわれることを抑制し、水素タンクへの水素充填の動作の効率低下を抑制することができる。
【００１４】
［適用例６］
適用例５記載の水素充填システムであって、前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量よりも少ない水素充填システム。適用例６に記載の水素充填システムによれば、開閉弁を開弁している間も、水素タンク内の水素充填量を増加させることができるため、水素タンク内の水素ガスを水素充填装置側に回収する動作を行なうことによる水素充填動作の遅れを抑制することができる。
【００１５】
［適用例７］
適用例１ないし６いずれか記載の水素充填システムであって、前記水素充填装置は、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供給される水素ガスを冷却する冷却器を備える水素充填システム。適用例７に記載の水素充填システムによれば、水素充填装置から水素タンクに供給される水素ガスの温度をより低くすることができるため、水素充填時に水素タンク内の温度が望ましくない程度に上昇してしまうことを抑制する動作の信頼性をさらに高めることができる。
【００１６】
［適用例８］
請求項１ないし７いずれか記載の水素充填システムであって、前記水素充填装置は、水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部と、水素ガスを蓄えることが可能なバッファタンクと、前記バッファタンク内の水素を昇圧して前記高圧貯蔵部に供給する昇圧供給部と、を備え、前記水素ガス充填路は、前記高圧貯蔵部と前記水素タンクとを接続して、前記高圧貯蔵部から前記水素タンクへと水素ガスを導き、前記水素ガス戻し流路は、前記水素タンクと前記バッファタンクとを接続し、前記水素タンクと前記バッファタンクとの内部の圧力差を利用して、前記水素タンクから前記バッファタンクへと水素ガスを導く水素充填システム。適用例８に記載の水素充填システムによれば、水素タンクから水素供給装置側へと回収した水素ガスを、再び水素タンクへの水素ガスの充填に用いることができる。
【００１７】
［適用例９］
適用例１ないし８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、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９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して水素ガスを充填する際に、水素タンクの温度上昇の抑制を充分に確保することが可能になる。
【００１８】
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、あるいは水素充填装置などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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に係る構成を示す説明図である。
【図３】水素補充動作の工程を示す説明図である。
【図４】水素充填時の水素タンク内の温度および圧力の様子を表わす説明図である。
【図５】水素充填システム１１０の概略構成を模式的に表わす説明図である。
【図６】水素補充動作の工程を示す説明図である。
【図７】水素充填時の水素タンク内の温度および圧力の変化を表わす説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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内に貯蔵された水素ガスの一部を車両１５の外部へと導く第１水素ガス戻し流路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水素ガス戻し流路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水素ガス戻し流路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。また、第１水素ガス充填路２２には、水素タンク２０から開口部２３側へ向かう水素ガスの流れを抑止する逆止弁３３が設けられており、第１水素ガス戻し流路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、水素タンク２０からコネクタ受け部３０側への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ことができる。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１参照）。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。また、バルブ４６には、第１水素ガス充填路２２および第１水素ガス戻し流路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側と水素タンク２０との間で、水素ガスがやり取り可能となっている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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に供給するための水素ガスを冷却する冷却器５４と、車両１５から回収した水素ガスを貯蔵するバッファタンク５５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６８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６２と、第２水素ガス戻し流路６３と、が設けられている。
【００２８】
水素ガス貯蔵部５０は、車両１５に搭載される水素タンク２０が満充填となったときよりも高い圧力（例えば、９０ＭＰａ程度）で、水素ガスを蓄えている。本実施例の水素供給装置１８は、水素ガス貯蔵部５０よりも水素圧が低く（例えば、２０ＭＰａ程度）、より多くの水素を貯蔵することができる図示しない水素ガス貯蔵装置を備えている。水素ガス貯蔵部５０は、コンプレッサによって昇圧された水素ガスが上記水素ガス貯蔵装置から供給されることによって、常に、内部の水素ガス圧力が充分に高く保たれている。
【００２９】
第２水素ガス充填路６２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６８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６２には、水素ガス貯蔵部５０との接続部において、開閉弁５７が設けられており、開閉弁５７を開弁することによって、水素ガス貯蔵部５０から第２水素ガス充填路６２へと水素ガスが流出可能となる。第２水素ガス充填路６２は、その中ほどにおいて、第１分岐路６４と第２分岐路６５の二つの流路に分岐して、その後再び合流している。第１分岐路６４と第２分岐路６５の分岐部には、流路切替弁５１が設けられており、この流路切替弁５１を切り替えることによって、水素ガスが流れる経路を、第１分岐路６４を経由する経路と、第２分岐路６５を経由する経路との間で、切り替えることができる。第１分岐路６４には、流量調整弁５２が設けられており、この流量調整弁５２を制御することによって、第１分岐路６４を経由して車両１５側へと供給される水素ガス流量を調節可能となっている。また、第２分岐路６５には、レギュレータ５３が設けられており、このレギュレータ５３を経由させることにより、レギュレータ５３の下流側における水素ガス圧が一定となるように、水素ガスを車両１５側へと供給可能になる。
【００３０】
第２水素ガス充填路６２において、第１分岐路６４と第２分岐路６５との合流部よりも下流には、冷却器５４が設けられている。これにより、水素ガス貯蔵部５０からの水素ガスが、第１分岐路６４と第２分岐路６５とのいずれの経路を経由した場合であっても、予め冷却した上で、車両１５側へと供給することが可能となっている。なお、本実施例では、車両１５側へと供給する水素を、冷却器５４によって、−２０℃程度に冷却している。
【００３１】
第２水素ガス戻し流路６３は、一端が、コネクタ６８において開口部６１として開口すると共に、他端が、上記バッファタンク５５に接続されている。バッファタンク５５は、第２水素ガス戻し流路６３を介して車両１５側から供給される水素ガスを、一旦貯蔵するためのタンクである。また、バッファタンク５５と水素ガス貯蔵部５０とを接続する流路として、水素ガス回収流路６６が設けられている。水素ガス回収流路６６には、コンプレッサ５６が設けられており、車両１５側から回収してバッファタンク５５に蓄えた水素ガスを、昇圧して水素ガス貯蔵部５０へと供給可能となっている。
【００３２】
コネクタ６８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６８とコネクタ受け部３０とを接続することにより、コネクタ６８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６２および第２水素ガス戻し流路６３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水素ガス戻し流路２４に対して接続することができる。ここで、コネクタ６８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、水素ガス充填路と水素ガス戻し流路とを気密な状態で接続可能になっている。
【００３３】
ここで、コネクタ６８における第２水素ガス充填路６２の開口部６０および第２水素ガス戻し流路６３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水素ガス戻し流路２４の開口部２５の配置に対応している。そのため、コネクタ６８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水素ガス戻し流路の接続を同時に行なうことができる。ここで、コネクタ６８とコネクタ受け部３０との接続は、例えば、コネクタ６８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水素ガス戻し流路を、コネクタ６８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、水素ガス充填路と水素ガス戻し流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、水素ガス充填路と水素ガス戻し流路とを別々に接続することとしても良い。
【００３４】
水素供給装置１８は、さらに、アンテナ部５９と制御部５８とを備えている。アンテナ部５９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、流路切替弁５１や、流量調整弁５２や、レギュレータ５３、あるいは開閉弁５７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５９との間で、車両１５との通信に係る信号をやり取りする。
【００３５】
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、使用者が、水素供給装置１８のコネクタ６８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水素ガス戻し流路２４が、水素供給装置１８の第２水素ガス充填路６２および第２水素ガス戻し流路６３に、それぞれ接続される。
【００３６】
コネクタ６８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６８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６８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５９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５９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。
【００３７】
コネクタ６８とコネクタ受け部３０との接続が伝えられると、水素供給装置１８の制御部５８は、開閉弁５７と流路切替弁５１と流量調整弁５２とに対して、駆動信号を出力する（ステップＳ１３０）。これにより、開閉弁５７が開弁されて、水素ガス貯蔵部５０から水素ガスが流出可能となる。また、流路切替弁５１を駆動することにより、第１分岐路６４を経由するように水素ガスの経路が切り替わり、水素ガス貯蔵部５０から、第２水素ガス充填路６２の第１分岐路６４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。既述したように、水素ガス貯蔵部５０内の圧力は、車両１５が備える水素タンク２０内の圧力よりも高いため、両者の圧力差によって、水素ガス貯蔵部５０から水素タンク２０への水素ガスの供給が行なわれる。なお、水素タンク２０における水素ガスの充填量が少なく、水素タンク２０内の圧力が低いときには、水素タンク２０と水素ガス貯蔵部５０との圧力差が許容できる値になるまで、流量調整弁５２を絞ることによって水素ガスの流入量を抑える制御が行なわれる。なお、車両１５の水素タンク２０に対して水素充填を行なう際には、本実施例では車両１５が搭載する燃料電池は発電を停止している。そのため、水素充填中に制御部３８が消費する電力や、開閉弁３２などの各部を駆動する際に要する電力は、車両１５が搭載する既述した２次電池によって賄っている。
【００３８】
コネクタ６８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（タンク温度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、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６８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）。
【００３９】
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で検出したタンク温度Ｔaが、基準温度Ｔ1に達したか否かを判断する（ステップＳ１９０）。ここで、基準温度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温度である。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、上記基準温度Ｔ1は、この上限値よりも５℃低い８０℃に設定している。
【００４０】
図４は、本実施例の水素充填システム１０における水素タンク２０内に水素を充填する際の、水素タンク２０内の温度および水素タンク２０内の圧力の変化の様子を表わす説明図である。図４では、第２水素ガス充填路６２において、第１分岐路６４と第２分岐路６５のいずれの経路が用いられているかの別と、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２の開閉状態も併せて示している。なお、図４では、空の状態の水素タンク２０を満充填状態にする様子を表わしている。水素ガスの充填を開始したときには、既述したように、第１分岐路６４を介して水素ガスの供給が行なわれると共に、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２は、閉弁状態となっている。このとき、水素タンク２０への水素ガスの供給に伴って、水素タンク２０内の圧力が上昇する。水素供給装置１８から供給される水素ガスは、既述したように冷却器５４によって予め冷却されているが、水素タンク２０に水素ガスを充填する際には、水素タンク２０内はいわゆる断熱圧縮の状態となるため、水素タンク２０内の温度も次第に上昇する。このような状態は、図４に示した期間Ａにおける状態に該当する。
【００４１】
ステップＳ１９０において、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1未満である場合には、タンク温度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、タンク温度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、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1に達したか否かを判断する動作を繰り返す。
【００４２】
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、それに伴いタンク温度Ｔaが上昇する。その後、ステップＳ１９０においてタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1以上であると判断されると、制御部３８は、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1以上であるという情報と、圧力センサ３６が検出した水素タンク２０の圧力に係る情報とを、アンテナ部３７とアンテナ部５９との通信を介して水素供給装置１８の制御部５８に伝える（ステップＳ２００）。そして、制御部３８は、開閉弁３２に駆動信号を出力することによって開閉弁３２を開弁させると共に、車両１５側からの信号を受信した水素供給装置１８の制御部５８は、流路切替弁５１およびレギュレータ５３に対して駆動信号を出力する（ステップＳ２１０）。
【００４３】
このように、開閉弁３２を開弁することにより、水素タンク２０内に蓄えられた水素ガスの一部が、第１水素ガス戻し流路２４および第２水素ガス戻し流路６３を介して、バッファタンク５５へと供給されるようになる。このとき、水素タンク２０からバッファタンク５５へと供給される水素ガス流量は、開閉弁３２の開度と、水素タンク２０とバッファタンク５５との間の圧力差と、に応じて定まる。また、流路切替弁５１が切り替えられることによって、水素ガス貯蔵部５０から供給される水素ガスの経路が、第２分岐路６５を経由する経路へと切り替えられる。このとき、レギュレータ５３は、通信によって伝えられた水素タンク２０の内部圧力が２次側圧力となるように調節される。その結果、車両１５の水素タンク２０内の水素ガスの一部がバッファタンク５５へと回収されつつ、水素タンク２０の圧力が、水素の回収を開始したときの圧力を維持するように、水素供給装置１８側からの水素ガスの供給が継続される。すなわち、水素タンク２０から水素供給装置１８側へと回収した水素ガスと等量の冷却した水素ガスの供給が行なわれる。このように、一旦水素タンク２０内に充填されて昇温した水素ガスが取り出されて、等量の冷却された水素ガスが供給されることにより、水素タンク２０内の温度は低下する。このような状態は、図４に示した期間Ｂにおける状態に該当する。以下、上記のように水素タンク２０内の水素の一部を回収しつつ水素ガスの供給を継続する運転状態を、タンク冷却運転と呼ぶ。
【００４４】
タンク冷却運転を開始すると、車両１５の制御部３８は、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Ｓ２２０）。そして、取得したタンク温度Ｔaが、基準温度Ｔ2を下回ったか否かを判断する（ステップＳ２３０）。ここで、基準温度Ｔ2とは、タンク冷却運転を打ち切っても良い程度に水素タンク２０内の温度が充分に低下したか否かを判断するために予め定められた温度である。制御部３８は、ステップＳ２３０においてタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ2を下回ったと判断されるまで、タンク温度Ｔaを取得して基準温度Ｔ2と比較するステップＳ２２０およびＳ２３０の動作を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ２３０において、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ2を下回ったと判断されると、制御部３８は、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ2を下回ったという情報を、アンテナ部３７とアンテナ部５９との通信を介して水素供給装置１８の制御部５８に伝える（ステップＳ２４０）。そして、制御部３８は、開閉弁３２に駆動信号を出力することによって開閉弁３２を閉弁させ、車両１５側からの信号を受信した水素供給装置１８の制御部５８は、流路切替弁５１に対して駆動信号を出力する（ステップＳ２５０）。
【００４６】
このように、開閉弁３２を閉弁することにより、水素タンク２０内の水素ガスの一部が水素供給装置１８側へと回収される動作が停止される。また、流路切替弁５１が切り替えられることによって、水素ガス貯蔵部５０から供給される水素ガスの経路が、第１分岐路６４を経由する経路へと切り替えられる。その結果、水素タンク２０内に充填された水素を増加させる動作が再開される。このような状態は、図４に示した期間Ｃにおける状態に該当する。水素タンク２０への水素充填を再開することにより、水素タンク２０内の温度は、再び上昇を始める。
【００４７】
その後、車両１５の制御部３８は、ステップＳ１４０に戻り、ステップＳ１４０以降の工程を繰り返す。すなわち、ステップＳ１４０において、圧力センサ３６の検出信号と、タンク温度Ｔaに係る温度センサ３４の検出信号とを取得して、水素タンク２０の充填率（充填量）を求める。そして、ステップＳ１５０における満充填か否かの判断を行なう。水素充填システム１０は、水素タンク２０が満充填となるまで、水素タンク２０内の温度が基準温度Ｔ1に達すると、タンク冷却運転を行なって水素タンク２０内の水素充填量を維持した状態でタンク内の冷却を行ない、水素タンク２０内の温度が基準温度Ｔ2を下回るとタンク冷却運転を停止する動作を繰り返す。
【００４８】
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、アンテナ部３７およびアンテナ部５９を介して水素供給装置１８の制御部５８へと伝えられる（ステップＳ１６０）。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、制御部５８は、開閉弁５７に対して駆動信号を出力して、これを閉弁させる（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が停止される。その後、コネクタ６８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。なお、水素供給装置１８のバッファタンク５５に回収された水素ガスは、その後コンプレッサ５６によって昇圧されて、水素ガス貯蔵部５０へと供給され、再び水素充填のために用いられる。
【００４９】
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内の昇温した水素の一部を水素タンク２０から回収しつつ、冷却した水素ガスの水素タンク２０への供給を継続するため、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、タンク温度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。
【００５０】
ここで、本実施例では、タンク冷却運転を行なう際に、水素タンク２０内の水素圧を、タンク冷却運転開始時の圧力に維持している。したがって、タンク冷却運転を終了したときには、タンク冷却運転の開始時と同じ圧力の水素が充填された状態から、水素タンク２０に水素を充填する動作を再開すればよい。ここで、タンク冷却運転の際に、水素ガスの供給量よりも水素ガスの回収量を多くする場合には、冷却運転中に水素タンク２０内の圧力が低下して、水素タンク２０内の充填量が少なくなってしまう。このような場合には、タンク冷却運転後に充填の動作を再開したときに、前回タンク冷却運転を開始したときの圧力（充填量）に戻すまでの間に水素タンク２０内の温度が上昇し、タンク冷却運転の動作によりタンク内温度を低下させた効果の一部が失われてしまうことになる。本実施例では、タンク冷却運転中に水素タンク２０内の圧力を維持しているため、このような無駄が生じることがなく、タンク冷却運転に起因する充填時間の延長を抑制することができる。
【００５１】
また、上記のように、水素タンク２０への水素充填時に、水素タンク２０における望ましくない程度の温度上昇を抑える動作の信頼性が高まることにより、水素供給装置１８においては、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を得ることができる。具体的には、水素供給装置１８において、車両１５への供給に先立って水素ガスを冷却するための冷却器５４を小型化することができ、あるいは不要とすることが可能となる。このように、冷却器５４への依存を抑えることにより、水素供給装置１８の構成を簡素化し、水素ガスの冷却に要するエネルギを削減あるいは不要とすることができる。冷却器５４を小型化し、あるいは不要とすることにより、車両１５に供給する水素ガス温度は比較的高くなるが、水素タンク２０内に充填されることによって昇温した水素ガスより低い温度の水素ガスを水素タンク２０に供給することができればよい。これにより、水素タンク２０内の昇温したガスと入れ替えて水素タンク２０内を冷却する同様の効果が得られる。
【００５２】
なお、本実施例の水素充填システム１０の構成を実現するためには、従来から存在する個々の水素供給装置（水素ステーション）において、車両側の水素タンクから水素ガスを回収するための配管を設け、車両における水素ガス戻し流路２４の開口部２５と接続可能な接続配管を設けるだけでよい。したがって、個々の水素ステーションにおける比較的小規模な構成の変更によって容易に実現可能であり、特別にインフラの整備を要することもない。
【００５３】
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の内部温度が基準温度に達したときには、水素タンク２０内部の昇温した水素ガスを、外部から供給される低温の水素ガスとを入れ替えるため、水素タンク２０からの放熱に依存することなく、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。特に、水素タンク２０のように樹脂製のライナとＣＦＲＰから成る補強層を備えるオールコンポジット製タンクは、熱量量が小さいことにより外部への放熱量が少なく内部が昇温し易いため、本実施例の構成を適用することにより、昇温を抑える顕著な効果を得ることができる。
【００５４】
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を冷却する冷媒として水素ガスを用いており、冷却した水素ガスを水素タンク２０内に直接供給している。このように冷媒を直接水素タンク２０内に供給するため、効率良く水素タンク２０内の温度を抑えることができる。また、冷媒として水素ガスを用いることにより、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もない。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。
【００５５】
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５７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６８との間に信号線を配設し、コネクタ６８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６８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５７を開弁させることとしても良い。
【００５６】
また、実施例の車両１５では、水素タンク２０のバルブ４６側の端部において、第１水素ガス充填路２２と第１水素ガス戻し流路２４との両方を接続しているが、異なる構成としても良い。例えば、第１水素ガス充填路２２と第１水素ガス戻し流路２４とは、水素タンク２０における対向する端部にそれぞれ接続することとしても良い。このように、昇温した水素ガスが排出される出口と、冷却された水素ガスが流入する入り口とを、対向する端部にそれぞれ配置することにより、水素タンク２０内を降温させる効率をさらに高めることができる。
【００５７】
Ｃ．第２実施例：
第１実施例では、タンク冷却運転の際には、水素タンク２０内の圧力を、タンク冷却運転開始時の圧力に維持することとしたが、異なる構成としても良い。以下に、第２実施例として、タンク冷却運転時に、水素タンク２０から回収する水素ガス量よりも多くの水素ガスを、水素タンク２０に対して供給して、タンク冷却運転時にも水素タンク２０への水素充填を継続する構成を説明する。
【００５８】
図５は、第２実施例の水素充填システム１１０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１１０は、図１の水素供給装置１８に代えて水素供給装置１１８を備えること以外は、第１実施例の水素充填システム１０と同様の構成を備えている。そのため、第１実施例と共通する構成には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。水素供給装置１１８は、第２水素ガス充填路６２が分岐路を有しておらず、流路切替弁５１およびレギュレータ５３が設けられていない点が、水素供給装置１８とは異なっている。
【００５９】
図６は、車両１５に対して水素供給装置１１８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６に示す工程図では、図３と同様に、車両１５および水素供給装置１１８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１１８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。図６において、図３と同様の工程には、対応する図３の工程の工程番号に２００を加えた工程番号を付しており、詳しい説明を省略する。
【００６０】
第２実施例では、ステップＳ３００からステップＳ３５０までの工程は、図３のステップＳ１００からステップＳ１５０までの工程と、ほぼ同様である。ただし、第２実施例の水素供給装置１１８は既述したように流路切替弁５１およびレギュレータ５３を備えていないため、ステップＳ３３０では、流路切替弁５１に対する駆動信号の出力は行なわれず、開閉弁５７および流量調整弁５２に対してのみ制御部５８から駆動信号が出力される。
【００６１】
ステップＳ３５０において、制御部３８が、水素タンク２０が満充填ではないと判断すると、次に制御部３８は、水素タンク２０内の圧力が、最大基準圧力を超えたか否かを判断する（ステップＳ３８２）。本実施例では、ステップＳ３２０で取得される種々の水素タンク２０の容量に応じて、満充填時に到達する圧力よりも低い複数の基準圧力が予め設定されて制御部３８内に記憶されている。ステップＳ３８２では、タンク圧が、上記予め設定された複数の基準圧力のうちの最大値を超えたか否かが判断される。本実施例では、上記基準圧力の最大値を、最大基準圧力Ｐ2とする。
【００６２】
ステップＳ３８２においてタンク圧力が最大基準圧力Ｐ2を超えていないと判断された場合には、制御部３８は、基準圧力を選択する（ステップＳ３８４）。ステップＳ３８４では、上記予め設定した複数の基準圧力の内から、ステップＳ３４０で取得したタンク圧力以上であって最も小さい基準圧力が選択される。このステップ３８４で選択した基準圧力を、基準圧力Ｐ1として以下の説明を行なう。
【００６３】
次に制御部３８は、水素タンク２０内の圧力が、ステップＳ３８４で選択した基準圧力Ｐ1に達したか否かを判断する（ステップＳ３８６）。ステップＳ３４０で取得したタンク圧が、ステップＳ３８４で選択した基準圧力Ｐ1と等しければ、基準圧力Ｐ1に達したと直ちに判断される。ステップＳ３８６において基準圧力Ｐ1に達していないと判断された場合には、制御部３８は、再び圧力センサ３６および温度センサ３４からタンク圧およびタンク温度Ｔaを取得する（ステップＳ３８８）。そして、タンク圧が設定した基準圧力Ｐ1に達するまで、ステップＳ３８８およびステップＳ３８６の動作を繰り返す。
【００６４】
ステップＳ３８６においてタンク圧が選択した基準圧力Ｐ1に達したと判断されると、制御部３８は、ステップＳ３４０あるいはステップＳ３８８において最も新しく検出したタンク温度Ｔaが、基準温度以上であるか否かを判断する。本実施例では、既述した複数の基準圧力のそれぞれに応じて基準温度が予め設定されて制御部３８に記憶されており、ステップＳ３９０では、ステップＳ３８４で選択した基準圧力Ｐ1に応じて設定されている基準温度との比較が行なわれる。このステップＳ３９０で用いる基準温度は、そのまま水素充填の動作を継続してタンク温度が上昇を続けた場合に、タンク圧が満充填になったときにタンク内温度が上限値を超えることが予測される温度として、基準圧力ごとに設定されている。本実施例では、基準圧力Ｐ1に対応して設定された基準温度を、基準温度3とする。
【００６５】
図７は、本実施例の水素充填システム１１０における水素タンク２０内に水素を充填する際の、水素タンク２０内の温度および水素タンク２０内の圧力の変化の様子を表わす説明図である。図７では、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２の開閉状態も併せて示している。なお、図７では、空の状態の水素タンク２０を満充填状態にする様子を表わしている。水素ガスの充填を開始したときには、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２は閉状態となっている。このとき、水素タンク２０への水素ガスの供給に伴って、水素タンク２０内の圧力および温度が上昇する。このようにタンク圧力およびタンク温度が上昇して、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達すると共に、このときタンク温度が基準温度Ｔ3に達した様子を、図７では、期間Ａと表している。
【００６６】
ステップＳ３９０において、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準温度Ｔ3以上であると判断されると、制御部３８は、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達したときに、タンク温度が基準温度Ｔ3以上であったという情報を、アンテナ部３７とアンテナ部５９との通信を介して水素供給装置１８の制御部５８に伝える（ステップＳ４００）。そして、制御部３８は、開閉弁３２に駆動信号を出力することによって開閉弁３２を開弁させると共に、制御部５８は、流量調整弁５２を調節する（ステップＳ４１０）。
【００６７】
このように、開閉弁３２を開弁することにより、水素タンク２０内に蓄えられた水素ガスの一部が、第１水素ガス戻し流路２４および第２水素ガス戻し流路６３を介して、バッファタンク５５へと供給され、タンク冷却運転が開始される。ここで、第２実施例では、開閉弁３２は、流量調整弁として機能しており、開閉弁３２の開度は、水素タンク２０から水素供給装置１１８側へと供給される水素ガス量が一定となるように調節される。また、第２実施例では、第１実施例とは異なり、ガス戻し流路を介して水素供給装置１１８側に回収される水素ガス量以上の量の水素ガスが、水素タンク２０に対して供給され続けるように、制御部５８によって流量調整弁５２が調整される。このように、水素タンク２０内の水素の一部が水素供給装置１１８側に回収されつつ、水素タンク２０への水素充填が続行されることで、タンク圧力およびタンク温度の上昇の程度は、それまでより緩やかになる。このように、タンク冷却運転が開始されてからの状態を、図７では、期間Ｂとして表している。図７では、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達したときに、タンク温度がちょうど基準温度Ｔ3に達しているが、タンク温度が基準温度Ｔ3以上であれば同様の制御が行われる。
【００６８】
ステップＳ４１０でタンク冷却運転を開始した後、制御部３８は、再びステップＳ３４０に戻り、ステップＳ３４０以降の処理を繰り返す。ステップＳ３５０において満充填ではないと判断されると、ステップＳ３８４では、先に選択された基準圧力Ｐ1よりも高い基準圧力である基準圧力Ｐ2が選択されることになる。そして、ステップＳ３９０では、タンク温度が、基準圧力Ｐ2に対応して定められた基準温度Ｔ4以上となっているか否かが判断される。ステップＳ３９０においてタンク温度が基準温度Ｔ4以上であると判断されると、車両１５と水素供給装置１１８との間で通信が行われた後（ステップＳ４００）、ステップＳ４１０では、水素タンク２０から水素供給装置１１８側へと回収される水素ガス量が、さらに多くなるように、開閉弁３２に対する駆動制御が変更される。このように、水素タンク２０からの回収水素量をさらに増加することにより、タンク圧力およびタンク温度の上昇の程度は、それまでよりもさらに緩やかになる。タンク圧力が基準圧力Ｐ2に達したときにタンク温度が基準温度Ｔ4に達していることによって、上記のように水素タンク２０からの水素ガス回収量を増加させる制御が開始された後の状態を、図７では、期間Ｃとして表している。
【００６９】
ステップＳ４１０で水素タンク２０からの水素ガスの回収量を増加させる制御を開始した後、制御部３８は、再びステップＳ３４０に戻り、ステップＳ３４０以降の処理を繰り返す。本実施例では、設定された複数の基準圧力の内、基準圧力Ｐ2が最大値である。そのため、ステップＳ３５０で満充填ではないと判断された後には、ステップＳ３８２において、タンク圧力が最大基準圧力を超えたと判断される。この場合には、ステップＳ３５０において満充填になったと判断されるまで、制御部３８は、ステップＳ３４０、Ｓ３５０、Ｓ３８２の処理を繰り返し行なう。
【００７０】
ステップＳ３５０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、アンテナ部３７およびアンテナ部５９を介して水素供給装置１１８の制御部５８へと伝えられる（ステップＳ３６０）。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、制御部５８は、開閉弁５７に対して駆動信号を出力して、これを閉弁させる（ステップＳ３７０）。これにより、水素ガス貯蔵部５０からの水素ガスの供給が停止される。その後、コネクタ６８をコネクタ受け部３０から外すことにより（ステップＳ３８０）、水素充填の動作が終了する。
【００７１】
なお、ステップＳ３９０において、基準圧力Ｐ1に対して設定された基準温度Ｔ3と内部温度Ｔaとを比較したときに、内部温度Ｔaが基準温度Ｔ3に達していないと判断されると、制御部３８はステップＳ３４０に戻るため、内部圧力が基準圧力Ｐ1を超えた状態であってもタンク冷却運転は行われない。このとき、後に実行されるステップＳ３８４では、基準圧力は基準圧力Ｐ2に設定され、ステップＳ３９０では、タンク温度Ｔaと基準温度Ｔ4との比較が行われる。そして、タンク圧力が基準圧力Ｐ2に達したときに、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ4以上であれば、初めてタンク冷却運転が開始されることになる。また、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達したときにタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ3に達していることによりタンク冷却運転が開始された場合であっても、タンク圧力が基準圧力Ｐ2に達したときにタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ4に達していなければ、水素ガスの回収量を増加させる制御は行われない。
【００７２】
以上のように構成された第２実施例の水素充填システム１１０によれば、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準温度に達したときに、水素タンク２０内の昇温した水素の一部を水素タンク２０から回収しつつ、冷却した水素ガスの水素タンク２０への供給を継続するため、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という第１実施例と同様の効果が得られる。すなわち、第１実施例と同様に、水素タンクから水素供給装置側へと戻す水素ガス量を、水素供給装置から水素タンクに供給される水素ガス量以下にすることにより、効率良く、水素タンク内を冷却することができる。
【００７３】
ここで、本実施例では、タンク冷却運転を行なう際に、水素タンク２０内の水素圧を増加させる動作を継続している。したがって、水素タンク２０内の水素ガスを回収する動作を行なうことによる水素充填動作の遅れを抑制することが可能になる。また、水素タンク２０に対して、満充填よりも充填量が少ない状態に対応する複数の基準圧力および基準温度を用意して、水素タンク２０から回収する水素ガス量を段階的に増加させることが可能となっているため、水素タンク２０から回収する水素ガス量が、必要以上に増加することを抑制し、タンク冷却運転に起因する水素充填効率の低下を抑制できる。
【００７４】
なお、第２実施例では、タンク冷却運転に係る判断を行なうための基準圧力および基準温度を、予め２種類用意したが、３以上の複数であってもよい。あるいは、単一の基準圧力および基準温度を用いることとしても良い。充填の途中で、タンク冷却運転に係る判断を行ない、必要に応じてタンク冷却運転を行なうことで、満充填に達するまでにタンク温度Ｔaが上限値に達するのを抑制可能となる。ただし、判断となる基準点を、より多く用意する方が、満充填に達するまでにタンク温度が上限値に達することを抑える動作の信頼性を高めることができる。
【００７５】
また、第２実施例では、タンク圧力の基準圧力と、タンク温度Ｔaの基準温度との組み合わせによって、タンク冷却運転に係る判断を行なったが、異なる構成としても良い。水素タンク２０内の充填率を反映する値と、これに対応する基準温度との組み合わせを用いることで、同様の制御を行なうことができる。例えば、タンク圧力とタンク温度Ｔaから水素タンク２０における充填率そのものを求め、充填率と、これに対応する基準温度との組み合わせによって、タンク冷却運転に係る判断を行なっても良い。
【００７６】
また、第２実施例では、タンク温度Taが、タンク圧力（あるいはタンクの充填率）に応じて定めた基準温度以上であれば、水素タンク２０への供給水素ガス量よりも少量の水素ガスを、水素タンク２０から水素供給装置１１８側へと戻しているが、第１実施例と同様にして、水素タンク２０に供給する水素ガス量と同量の水素ガスを戻すこととしても良い。この場合には、例えば、タンク圧力（あるいはタンクの充填率）ごとに、タンク圧力（タンク充填率）が低いほど低温の基準温度を設定しておき、タンク温度Taが上記基準温度以上であればタンク冷却運転を行なえば良い。そして、タンク冷却運転の開始後に、タンク温度Taが上記各々の基準温度よりも低温の基準温度に低下したときには、タンク冷却運転を停止すればよい。
【００７７】
Ｄ．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。
【００７８】
Ｄ１．変形例１：
第１および第２実施例では、実測したタンク温度Ｔaに基づいて、タンク冷却運転を行なうか否か、あるいは水素ガスの戻し量を増加させるか否かを判断したが、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、水素タンク２０から水素ガスの一部を回収するタンク冷却運転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に用いる水素タンク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、例えば予め定めた一定時間だけタンク冷却運転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。
【００７９】
Ｄ２．変形例２：
第１および第２実施例では、水素タンク２０の温度センサ３４および圧力センサ３６の検出信号は車両１５側の制御部３８が取得し、水素供給装置側の弁等を制御する必要が生じた場合に、車両１５と水素供給装置との間で通信を行なうこととしたが、異なる構成としても良い。例えば、各センサの検出信号を、その都度通信により水素供給装置側に伝えて、各部の制御に係る判断を、すべて水素供給装置の制御部５８において行ない、制御部５８から車両１５側へと駆動信号を送ることとしても良い。実施例と同様の判断が行なわれ、同様の動作が行なわれるならば、判断に係る処理の一部または全部を、車両１５側と水素供給装置側とでいかように分担しても良い。
【００８０】
また、第１および第２実施例では、水素タンク２０への水素充填の動作を制御する開閉弁５７や流量調整弁５２等は水素供給装置側に設け、水素タンク２０から水素を回収する動作を制御する開閉弁３２は車両１５側に設けたが、異なる構成としても良い。水素タンク２０への水素充填の動作を制御する開閉弁５７や流量調整弁５２等は、水素ガス充填路２２、６２のいずれかの場所に設ければ良く、水素タンク２０から水素を回収する動作を制御する開閉弁３２は、水素ガス戻し流路２４、６３のいずれかの箇所に設ければよい。
【００８１】
また、第１および第２実施例では、水素タンク２０は、単一のタンクから成ることとしたが、複数のタンクから成ることとしても良い。複数のタンクを設ける場合には、例えば、複数のタンクを並列に接続して、同じように水素が消費されると共に、同じように水素が充填される構成とすることができる。また、水素ガスを消費する際には複数のタンクを順次使用し、水素タンクを充填する際には、充填量が低下したタンクに対してだけ充填することとしても良い。
【００８２】
また、第１および第２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、水素タンク内の昇温した水素ガスの一部を回収すると共にタンク内の水素ガスよりも低温な水素ガスの供給を継続することにより、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。
【００８３】
Ｄ３．変形例３：
実施例では、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。
【００８４】
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、水素充填時に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同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０，１１０…水素充填システム
１５…車両
１８，１１８…水素供給装置
１９…接続配管
２０…水素タンク
２２…第１水素ガス充填路
２３，２５…開口部
２４…第１水素ガス戻し流路
２６…燃料供給路
３０…コネクタ受け部
３１…接続センサ
３２…開閉弁
３３…逆止弁
３４…温度センサ
３６…圧力センサ
３７，５９…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…流路切替弁
５２…流量調整弁
５３…レギュレータ
５４…冷却器
５５…バッファタンク
５６…コンプレッサ
５７…開閉弁
５８…制御部
６０，６１…開口部
６２…第２水素ガス充填路
６３…第２水素ガス戻し流路
６４…第１分岐路
６５…第２分岐路
６６…水素ガス回収流路
６８…コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関するものである。
【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】
上記のような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。水素タンク内の温度上昇を抑えつつ水素を充填する方法の一つとして、従来、燃料電池車の水素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、燃料電池車への水素ガスの供給に先立って水素ステーション内において水素ガスを冷却する（予冷却する）構成が提案されている（例えば、特開２００８−２０２６１９号公報など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２６１９号公報
【特許文献２】特開２００２−０８９７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、供給する水素を予冷却する場合であっても、水素タンク内に水素ガスを充填する際には、いわゆる断熱圧縮による水素タンク内の温度上昇は避けられず、より充分に水素タンク内の温度上昇を抑えて、水素充填の動作における温度上昇抑制の信頼性を高めることが望まれていた。また、水素タンクに水素ガスを充填するための水素ガス供給装置に係る構成の簡素化、低コスト化のため、水素ガスを予冷却するための冷却装置を小型化、あるいは削減したいという要請もある。
【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、水素充填時に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ガス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と前記水素タンクとを連通させて、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、
前記水素タンクと前記水素充填装置側とを連通させて、前記水素タンク内の水素ガスを前記水素充填装置側へと導く水素ガス戻し流路と、
前記水素ガス戻し流路に設けられた開閉弁であって、開弁することによって前記水素タンク内の水素ガスの前記水素充填装置側への流入を許容すると共に、閉弁することによって前記水素タンクから前記水素充填装置側への水素の流入を抑制する開閉弁と、
前記水素充填装置から前記水素タンクへの水素充填を行なう際に、前記水素タンク内が予め設定した高温状態に該当する場合には、前記水素ガス充填路を介した水素ガスの供給を継続する状態で、前記開閉弁を閉弁状態から開弁状態へと切り替えさせる戻り状態切り替え制御部と
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によれば、水素充填装置から水素タンクへと水素充填を行なう際に、水素タンク内が予め設定した高温状態に該当すると判断される場合には、水素タンクへの水素ガスの供給を継続する状態で、水素ガス戻し流路の開閉弁が開弁状態に切り替えられる。このように、水素タンク内で昇温した水素ガスを水素充填装置側に回収しつつ、水素タンクに対して水素ガスの供給を継続することにより、水素タンク内の温度上昇を抑制することができる。これにより、水素充填時に水素タンク内の温度が望ましくない程度に上昇してしまうことを抑制する動作の信頼性を高めることができる。
【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、前記水素タンク内の温度を検出する温度センサを備え、前記戻り状態切り替え制御部は、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記高温状態に該当すると判断す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、検出した水素タンク内の温度に基づいて、水素ガス戻し流路に設けた開閉弁を開弁するため、水素タンク内の温度が望ましくない程度に上昇するのを抑制する動作の精度を向上させることができる。
【００１１】
［適用例３］
適用例２記載の水素充填システムであって、前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量と等しく、前記戻り状態切り替え制御部は、前記開閉弁を開弁させた後に、前記水素タンク内の温度が、前記水素戻し基準温度よりも低温である戻し停止基準温度以下となった場合に、前記開閉弁を閉弁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、水素タンクから水素充填装置側に流れる水素ガス流量が、水素充填装置側から水素タンクへと供給される水素ガス流量に等しいため、水素タンク内の水素圧が、開閉弁を開弁したときの水素圧に維持される。したがって、水素タンク内の温度が戻し停止基準温度以下となった場合には、開閉弁を開弁したときの水素圧の状態から、水素タンク内の水素充填量を増加させる動作を行なえばよい。したがって、水素タンク内の温度を低下させた効果が損なわれることなく、更なる水素充填を行なうことができる。
【００１２】
［適用例４］
適用例３記載の水素充填システムであって、前記水素充填装置は、前記水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部を備え、前記水素ガス充填路は、前記水素タンクに接続する下流側の圧力が一定となる状態で、水素ガスの供給を許容するレギュレータと、前記水素ガス充填路を流れる水素ガスを、前記レギュレータを迂回するように導く分岐路と、水素ガスが流れる経路を、前記レギュレータを経由する経路と、前記分岐路を経由する経路と、で切り替える切替弁と、を備え、前記水素充填システムは、さらに、前記開閉弁が閉弁しているときには、水素ガスが前記分岐路を経由し、前記開閉弁が開弁しているときには、水素ガスが前記レギュレータを経由するように、前記切替弁を駆動する供給流路切り替え制御部を備え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、開閉弁を開弁するときには、レギュレータを経由するように水素ガスを導くことにより、水素タンクから水素充填装置側に流れる水素ガス流量と、水素充填装置側から水素タンクへと供給される水素ガス流量とを等しくすることができる。
【００１３】
［適用例５］
適用例２記載の水素充填システムであって、さらに、前記水素タンクにおける充填量を反映する値を検出する充填量検出部を備え、前記戻り状態切り替え制御部は、前記充填量検出部が検出した前記水素タンクにおける充填量を反映する値が、満充填よりも少ない充填量に対応する基準値に達したときに、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、前記基準値に応じて定めた前記水素戻し基準温度を超える場合に、前記開閉弁を開弁させる水素充填システム。適用例５に記載の水素充填システムによれば、水素タンクの充填量に応じて設定した水素戻し基準温度に基づいて開閉弁を開弁するため、水素タンクの充填量に応じて、水素タンクの温度上昇を抑えるために必要と判断される場合にだけ、水素タンクから水素供給装置側へと水素ガスを戻す動作が行なわれることになる。そのため、水素タンクから水素供給装置側へと水素ガスを戻す動作が過剰に行なわれることを抑制し、水素タンクへの水素充填の動作の効率低下を抑制することができる。
【００１４】
［適用例６］
適用例５記載の水素充填システムであって、前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量よりも少ない水素充填システム。適用例６に記載の水素充填システムによれば、開閉弁を開弁している間も、水素タンク内の水素充填量を増加させることができるため、水素タンク内の水素ガスを水素充填装置側に回収する動作を行なうことによる水素充填動作の遅れを抑制することができる。
【００１５】
［適用例７］
適用例１ないし６いずれか記載の水素充填システムであって、前記水素充填装置は、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供給される水素ガスを冷却する冷却器を備える水素充填システム。適用例７に記載の水素充填システムによれば、水素充填装置から水素タンクに供給される水素ガスの温度をより低くすることができるため、水素充填時に水素タンク内の温度が望ましくない程度に上昇してしまうことを抑制する動作の信頼性をさらに高めることができる。
【００１６】
［適用例８］
請求項１ないし７いずれか記載の水素充填システムであって、前記水素充填装置は、水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部と、水素ガスを蓄えることが可能なバッファタンクと、前記バッファタンク内の水素を昇圧して前記高圧貯蔵部に供給する昇圧供給部と、を備え、前記水素ガス充填路は、前記高圧貯蔵部と前記水素タンクとを接続して、前記高圧貯蔵部から前記水素タンクへと水素ガスを導き、前記水素ガス戻し流路は、前記水素タンクと前記バッファタンクとを接続し、前記水素タンクと前記バッファタンクとの内部の圧力差を利用して、前記水素タンクから前記バッファタンクへと水素ガスを導く水素充填システム。適用例８に記載の水素充填システムによれば、水素タンクから水素供給装置側へと回収した水素ガスを、再び水素タンクへの水素ガスの充填に用いることができる。
【００１７】
［適用例９］
適用例１ないし８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、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９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して水素ガスを充填する際に、水素タンクの温度上昇の抑制を充分に確保することが可能になる。
【００１８】
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、あるいは水素充填装置などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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に係る構成を示す説明図である。
【図３】水素補充動作の工程を示す説明図である。
【図４】水素充填時の水素タンク内の温度および圧力の様子を表わす説明図である。
【図５】水素充填システム１１０の概略構成を模式的に表わす説明図である。
【図６】水素補充動作の工程を示す説明図である。
【図７】水素充填時の水素タンク内の温度および圧力の変化を表わす説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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内に貯蔵された水素ガスの一部を車両１５の外部へと導く第１水素ガス戻し流路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水素ガス戻し流路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水素ガス戻し流路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。また、第１水素ガス充填路２２には、水素タンク２０から開口部２３側へ向かう水素ガスの流れを抑止する逆止弁３３が設けられており、第１水素ガス戻し流路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、水素タンク２０からコネクタ受け部３０側への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ことができる。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１参照）。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。また、バルブ４６には、第１水素ガス充填路２２および第１水素ガス戻し流路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側と水素タンク２０との間で、水素ガスがやり取り可能となっている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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に供給するための水素ガスを冷却する冷却器５４と、車両１５から回収した水素ガスを貯蔵するバッファタンク５５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６８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６２と、第２水素ガス戻し流路６３と、が設けられている。
【００２８】
水素ガス貯蔵部５０は、車両１５に搭載される水素タンク２０が満充填となったときよりも高い圧力（例えば、９０ＭＰａ程度）で、水素ガスを蓄えている。本実施例の水素供給装置１８は、水素ガス貯蔵部５０よりも水素圧が低く（例えば、２０ＭＰａ程度）、より多くの水素を貯蔵することができる図示しない水素ガス貯蔵装置を備えている。水素ガス貯蔵部５０は、コンプレッサによって昇圧された水素ガスが上記水素ガス貯蔵装置から供給されることによって、常に、内部の水素ガス圧力が充分に高く保たれている。
【００２９】
第２水素ガス充填路６２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６８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６２には、水素ガス貯蔵部５０との接続部において、開閉弁５７が設けられており、開閉弁５７を開弁することによって、水素ガス貯蔵部５０から第２水素ガス充填路６２へと水素ガスが流出可能となる。第２水素ガス充填路６２は、その中ほどにおいて、第１分岐路６４と第２分岐路６５の二つの流路に分岐して、その後再び合流している。第１分岐路６４と第２分岐路６５の分岐部には、流路切替弁５１が設けられており、この流路切替弁５１を切り替えることによって、水素ガスが流れる経路を、第１分岐路６４を経由する経路と、第２分岐路６５を経由する経路との間で、切り替えることができる。第１分岐路６４には、流量調整弁５２が設けられており、この流量調整弁５２を制御することによって、第１分岐路６４を経由して車両１５側へと供給される水素ガス流量を調節可能となっている。また、第２分岐路６５には、レギュレータ５３が設けられており、このレギュレータ５３を経由させることにより、レギュレータ５３の下流側における水素ガス圧が一定となるように、水素ガスを車両１５側へと供給可能になる。
【００３０】
第２水素ガス充填路６２において、第１分岐路６４と第２分岐路６５との合流部よりも下流には、冷却器５４が設けられている。これにより、水素ガス貯蔵部５０からの水素ガスが、第１分岐路６４と第２分岐路６５とのいずれの経路を経由した場合であっても、予め冷却した上で、車両１５側へと供給することが可能となっている。なお、本実施例では、車両１５側へと供給する水素を、冷却器５４によって、−２０℃程度に冷却している。
【００３１】
第２水素ガス戻し流路６３は、一端が、コネクタ６８において開口部６１として開口すると共に、他端が、上記バッファタンク５５に接続されている。バッファタンク５５は、第２水素ガス戻し流路６３を介して車両１５側から供給される水素ガスを、一旦貯蔵するためのタンクである。また、バッファタンク５５と水素ガス貯蔵部５０とを接続する流路として、水素ガス回収流路６６が設けられている。水素ガス回収流路６６には、コンプレッサ５６が設けられており、車両１５側から回収してバッファタンク５５に蓄えた水素ガスを、昇圧して水素ガス貯蔵部５０へと供給可能となっている。
【００３２】
コネクタ６８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６８とコネクタ受け部３０とを接続することにより、コネクタ６８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６２および第２水素ガス戻し流路６３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水素ガス戻し流路２４に対して接続することができる。ここで、コネクタ６８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、水素ガス充填路と水素ガス戻し流路とを気密な状態で接続可能になっている。
【００３３】
ここで、コネクタ６８における第２水素ガス充填路６２の開口部６０および第２水素ガス戻し流路６３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水素ガス戻し流路２４の開口部２５の配置に対応している。そのため、コネクタ６８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水素ガス戻し流路の接続を同時に行なうことができる。ここで、コネクタ６８とコネクタ受け部３０との接続は、例えば、コネクタ６８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水素ガス戻し流路を、コネクタ６８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、水素ガス充填路と水素ガス戻し流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、水素ガス充填路と水素ガス戻し流路とを別々に接続することとしても良い。
【００３４】
水素供給装置１８は、さらに、アンテナ部５９と制御部５８とを備えている。アンテナ部５９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、流路切替弁５１や、流量調整弁５２や、レギュレータ５３、あるいは開閉弁５７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５９との間で、車両１５との通信に係る信号をやり取りする。
【００３５】
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、使用者が、水素供給装置１８のコネクタ６８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水素ガス戻し流路２４が、水素供給装置１８の第２水素ガス充填路６２および第２水素ガス戻し流路６３に、それぞれ接続される。
【００３６】
コネクタ６８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６８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６８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５９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５９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。
【００３７】
コネクタ６８とコネクタ受け部３０との接続が伝えられると、水素供給装置１８の制御部５８は、開閉弁５７と流路切替弁５１と流量調整弁５２とに対して、駆動信号を出力する（ステップＳ１３０）。これにより、開閉弁５７が開弁されて、水素ガス貯蔵部５０から水素ガスが流出可能となる。また、流路切替弁５１を駆動することにより、第１分岐路６４を経由するように水素ガスの経路が切り替わり、水素ガス貯蔵部５０から、第２水素ガス充填路６２の第１分岐路６４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。既述したように、水素ガス貯蔵部５０内の圧力は、車両１５が備える水素タンク２０内の圧力よりも高いため、両者の圧力差によって、水素ガス貯蔵部５０から水素タンク２０への水素ガスの供給が行なわれる。なお、水素タンク２０における水素ガスの充填量が少なく、水素タンク２０内の圧力が低いときには、水素タンク２０と水素ガス貯蔵部５０との圧力差が許容できる値になるまで、流量調整弁５２を絞ることによって水素ガスの流入量を抑える制御が行なわれる。なお、車両１５の水素タンク２０に対して水素充填を行なう際には、本実施例では車両１５が搭載する燃料電池は発電を停止している。そのため、水素充填中に制御部３８が消費する電力や、開閉弁３２などの各部を駆動する際に要する電力は、車両１５が搭載する既述した２次電池によって賄っている。
【００３８】
コネクタ６８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（タンク温度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、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６８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）。
【００３９】
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で検出したタンク温度Ｔaが、基準温度Ｔ1に達したか否かを判断する（ステップＳ１９０）。ここで、基準温度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温度である。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、上記基準温度Ｔ1は、この上限値よりも５℃低い８０℃に設定している。
【００４０】
図４は、本実施例の水素充填システム１０における水素タンク２０内に水素を充填する際の、水素タンク２０内の温度および水素タンク２０内の圧力の変化の様子を表わす説明図である。図４では、第２水素ガス充填路６２において、第１分岐路６４と第２分岐路６５のいずれの経路が用いられているかの別と、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２の開閉状態も併せて示している。なお、図４では、空の状態の水素タンク２０を満充填状態にする様子を表わしている。水素ガスの充填を開始したときには、既述したように、第１分岐路６４を介して水素ガスの供給が行なわれると共に、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２は、閉弁状態となっている。このとき、水素タンク２０への水素ガスの供給に伴って、水素タンク２０内の圧力が上昇する。水素供給装置１８から供給される水素ガスは、既述したように冷却器５４によって予め冷却されているが、水素タンク２０に水素ガスを充填する際には、水素タンク２０内はいわゆる断熱圧縮の状態となるため、水素タンク２０内の温度も次第に上昇する。このような状態は、図４に示した期間Ａにおける状態に該当する。
【００４１】
ステップＳ１９０において、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1未満である場合には、タンク温度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、タンク温度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、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1に達したか否かを判断する動作を繰り返す。
【００４２】
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、それに伴いタンク温度Ｔaが上昇する。その後、ステップＳ１９０においてタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1以上であると判断されると、制御部３８は、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ1以上であるという情報と、圧力センサ３６が検出した水素タンク２０の圧力に係る情報とを、アンテナ部３７とアンテナ部５９との通信を介して水素供給装置１８の制御部５８に伝える（ステップＳ２００）。そして、制御部３８は、開閉弁３２に駆動信号を出力することによって開閉弁３２を開弁させると共に、車両１５側からの信号を受信した水素供給装置１８の制御部５８は、流路切替弁５１およびレギュレータ５３に対して駆動信号を出力する（ステップＳ２１０）。
【００４３】
このように、開閉弁３２を開弁することにより、水素タンク２０内に蓄えられた水素ガスの一部が、第１水素ガス戻し流路２４および第２水素ガス戻し流路６３を介して、バッファタンク５５へと供給されるようになる。このとき、水素タンク２０からバッファタンク５５へと供給される水素ガス流量は、開閉弁３２の開度と、水素タンク２０とバッファタンク５５との間の圧力差と、に応じて定まる。また、流路切替弁５１が切り替えられることによって、水素ガス貯蔵部５０から供給される水素ガスの経路が、第２分岐路６５を経由する経路へと切り替えられる。このとき、レギュレータ５３は、通信によって伝えられた水素タンク２０の内部圧力が２次側圧力となるように調節される。その結果、車両１５の水素タンク２０内の水素ガスの一部がバッファタンク５５へと回収されつつ、水素タンク２０の圧力が、水素の回収を開始したときの圧力を維持するように、水素供給装置１８側からの水素ガスの供給が継続される。すなわち、水素タンク２０から水素供給装置１８側へと回収した水素ガスと等量の冷却した水素ガスの供給が行なわれる。このように、一旦水素タンク２０内に充填されて昇温した水素ガスが取り出されて、等量の冷却された水素ガスが供給されることにより、水素タンク２０内の温度は低下する。このような状態は、図４に示した期間Ｂにおける状態に該当する。以下、上記のように水素タンク２０内の水素の一部を回収しつつ水素ガスの供給を継続する運転状態を、タンク冷却運転と呼ぶ。
【００４４】
タンク冷却運転を開始すると、車両１５の制御部３８は、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Ｓ２２０）。そして、取得したタンク温度Ｔaが、基準温度Ｔ2を下回ったか否かを判断する（ステップＳ２３０）。ここで、基準温度Ｔ2とは、タンク冷却運転を打ち切っても良い程度に水素タンク２０内の温度が充分に低下したか否かを判断するために予め定められた温度である。制御部３８は、ステップＳ２３０においてタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ2を下回ったと判断されるまで、タンク温度Ｔaを取得して基準温度Ｔ2と比較するステップＳ２２０およびＳ２３０の動作を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ２３０において、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ2を下回ったと判断されると、制御部３８は、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ2を下回ったという情報を、アンテナ部３７とアンテナ部５９との通信を介して水素供給装置１８の制御部５８に伝える（ステップＳ２４０）。そして、制御部３８は、開閉弁３２に駆動信号を出力することによって開閉弁３２を閉弁させ、車両１５側からの信号を受信した水素供給装置１８の制御部５８は、流路切替弁５１に対して駆動信号を出力する（ステップＳ２５０）。
【００４６】
このように、開閉弁３２を閉弁することにより、水素タンク２０内の水素ガスの一部が水素供給装置１８側へと回収される動作が停止される。また、流路切替弁５１が切り替えられることによって、水素ガス貯蔵部５０から供給される水素ガスの経路が、第１分岐路６４を経由する経路へと切り替えられる。その結果、水素タンク２０内に充填された水素を増加させる動作が再開される。このような状態は、図４に示した期間Ｃにおける状態に該当する。水素タンク２０への水素充填を再開することにより、水素タンク２０内の温度は、再び上昇を始める。
【００４７】
その後、車両１５の制御部３８は、ステップＳ１４０に戻り、ステップＳ１４０以降の工程を繰り返す。すなわち、ステップＳ１４０において、圧力センサ３６の検出信号と、タンク温度Ｔaに係る温度センサ３４の検出信号とを取得して、水素タンク２０の充填率（充填量）を求める。そして、ステップＳ１５０における満充填か否かの判断を行なう。水素充填システム１０は、水素タンク２０が満充填となるまで、水素タンク２０内の温度が基準温度Ｔ1に達すると、タンク冷却運転を行なって水素タンク２０内の水素充填量を維持した状態でタンク内の冷却を行ない、水素タンク２０内の温度が基準温度Ｔ2を下回るとタンク冷却運転を停止する動作を繰り返す。
【００４８】
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、アンテナ部３７およびアンテナ部５９を介して水素供給装置１８の制御部５８へと伝えられる（ステップＳ１６０）。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、制御部５８は、開閉弁５７に対して駆動信号を出力して、これを閉弁させる（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が停止される。その後、コネクタ６８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。なお、水素供給装置１８のバッファタンク５５に回収された水素ガスは、その後コンプレッサ５６によって昇圧されて、水素ガス貯蔵部５０へと供給され、再び水素充填のために用いられる。
【００４９】
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内の昇温した水素の一部を水素タンク２０から回収しつつ、冷却した水素ガスの水素タンク２０への供給を継続するため、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、タンク温度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。
【００５０】
ここで、本実施例では、タンク冷却運転を行なう際に、水素タンク２０内の水素圧を、タンク冷却運転開始時の圧力に維持している。したがって、タンク冷却運転を終了したときには、タンク冷却運転の開始時と同じ圧力の水素が充填された状態から、水素タンク２０に水素を充填する動作を再開すればよい。ここで、タンク冷却運転の際に、水素ガスの供給量よりも水素ガスの回収量を多くする場合には、冷却運転中に水素タンク２０内の圧力が低下して、水素タンク２０内の充填量が少なくなってしまう。このような場合には、タンク冷却運転後に充填の動作を再開したときに、前回タンク冷却運転を開始したときの圧力（充填量）に戻すまでの間に水素タンク２０内の温度が上昇し、タンク冷却運転の動作によりタンク内温度を低下させた効果の一部が失われてしまうことになる。本実施例では、タンク冷却運転中に水素タンク２０内の圧力を維持しているため、このような無駄が生じることがなく、タンク冷却運転に起因する充填時間の延長を抑制することができる。
【００５１】
また、上記のように、水素タンク２０への水素充填時に、水素タンク２０における望ましくない程度の温度上昇を抑える動作の信頼性が高まることにより、水素供給装置１８においては、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を得ることができる。具体的には、水素供給装置１８において、車両１５への供給に先立って水素ガスを冷却するための冷却器５４を小型化することができ、あるいは不要とすることが可能となる。このように、冷却器５４への依存を抑えることにより、水素供給装置１８の構成を簡素化し、水素ガスの冷却に要するエネルギを削減あるいは不要とすることができる。冷却器５４を小型化し、あるいは不要とすることにより、車両１５に供給する水素ガス温度は比較的高くなるが、水素タンク２０内に充填されることによって昇温した水素ガスより低い温度の水素ガスを水素タンク２０に供給することができればよい。これにより、水素タンク２０内の昇温したガスと入れ替えて水素タンク２０内を冷却する同様の効果が得られる。
【００５２】
なお、本実施例の水素充填システム１０の構成を実現するためには、従来から存在する個々の水素供給装置（水素ステーション）において、車両側の水素タンクから水素ガスを回収するための配管を設け、車両における水素ガス戻し流路２４の開口部２５と接続可能な接続配管を設けるだけでよい。したがって、個々の水素ステーションにおける比較的小規模な構成の変更によって容易に実現可能であり、特別にインフラの整備を要することもない。
【００５３】
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の内部温度が基準温度に達したときには、水素タンク２０内部の昇温した水素ガスを、外部から供給される低温の水素ガスとを入れ替えるため、水素タンク２０からの放熱に依存することなく、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。特に、水素タンク２０のように樹脂製のライナとＣＦＲＰから成る補強層を備えるオールコンポジット製タンクは、熱量量が小さいことにより外部への放熱量が少なく内部が昇温し易いため、本実施例の構成を適用することにより、昇温を抑える顕著な効果を得ることができる。
【００５４】
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を冷却する冷媒として水素ガスを用いており、冷却した水素ガスを水素タンク２０内に直接供給している。このように冷媒を直接水素タンク２０内に供給するため、効率良く水素タンク２０内の温度を抑えることができる。また、冷媒として水素ガスを用いることにより、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もない。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。
【００５５】
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５７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６８との間に信号線を配設し、コネクタ６８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６８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５７を開弁させることとしても良い。
【００５６】
また、実施例の車両１５では、水素タンク２０のバルブ４６側の端部において、第１水素ガス充填路２２と第１水素ガス戻し流路２４との両方を接続しているが、異なる構成としても良い。例えば、第１水素ガス充填路２２と第１水素ガス戻し流路２４とは、水素タンク２０における対向する端部にそれぞれ接続することとしても良い。このように、昇温した水素ガスが排出される出口と、冷却された水素ガスが流入する入り口とを、対向する端部にそれぞれ配置することにより、水素タンク２０内を降温させる効率をさらに高めることができる。
【００５７】
Ｃ．第２実施例：
第１実施例では、タンク冷却運転の際には、水素タンク２０内の圧力を、タンク冷却運転開始時の圧力に維持することとしたが、異なる構成としても良い。以下に、第２実施例として、タンク冷却運転時に、水素タンク２０から回収する水素ガス量よりも多くの水素ガスを、水素タンク２０に対して供給して、タンク冷却運転時にも水素タンク２０への水素充填を継続する構成を説明する。
【００５８】
図５は、第２実施例の水素充填システム１１０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１１０は、図１の水素供給装置１８に代えて水素供給装置１１８を備えること以外は、第１実施例の水素充填システム１０と同様の構成を備えている。そのため、第１実施例と共通する構成には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。水素供給装置１１８は、第２水素ガス充填路６２が分岐路を有しておらず、流路切替弁５１およびレギュレータ５３が設けられていない点が、水素供給装置１８とは異なっている。
【００５９】
図６は、車両１５に対して水素供給装置１１８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６に示す工程図では、図３と同様に、車両１５および水素供給装置１１８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１１８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。図６において、図３と同様の工程には、対応する図３の工程の工程番号に２００を加えた工程番号を付しており、詳しい説明を省略する。
【００６０】
第２実施例では、ステップＳ３００からステップＳ３５０までの工程は、図３のステップＳ１００からステップＳ１５０までの工程と、ほぼ同様である。ただし、第２実施例の水素供給装置１１８は既述したように流路切替弁５１およびレギュレータ５３を備えていないため、ステップＳ３３０では、流路切替弁５１に対する駆動信号の出力は行なわれず、開閉弁５７および流量調整弁５２に対してのみ制御部５８から駆動信号が出力される。
【００６１】
ステップＳ３５０において、制御部３８が、水素タンク２０が満充填ではないと判断すると、次に制御部３８は、水素タンク２０内の圧力が、最大基準圧力を超えたか否かを判断する（ステップＳ３８２）。本実施例では、ステップＳ３２０で取得される種々の水素タンク２０の容量に応じて、満充填時に到達する圧力よりも低い複数の基準圧力が予め設定されて制御部３８内に記憶されている。ステップＳ３８２では、タンク圧が、上記予め設定された複数の基準圧力のうちの最大値を超えたか否かが判断される。本実施例では、上記基準圧力の最大値を、最大基準圧力Ｐ2とする。
【００６２】
ステップＳ３８２においてタンク圧力が最大基準圧力Ｐ2を超えていないと判断された場合には、制御部３８は、基準圧力を選択する（ステップＳ３８４）。ステップＳ３８４では、上記予め設定した複数の基準圧力の内から、ステップＳ３４０で取得したタンク圧力以上であって最も小さい基準圧力が選択される。このステップ３８４で選択した基準圧力を、基準圧力Ｐ1として以下の説明を行なう。
【００６３】
次に制御部３８は、水素タンク２０内の圧力が、ステップＳ３８４で選択した基準圧力Ｐ1に達したか否かを判断する（ステップＳ３８６）。ステップＳ３４０で取得したタンク圧が、ステップＳ３８４で選択した基準圧力Ｐ1と等しければ、基準圧力Ｐ1に達したと直ちに判断される。ステップＳ３８６において基準圧力Ｐ1に達していないと判断された場合には、制御部３８は、再び圧力センサ３６および温度センサ３４からタンク圧およびタンク温度Ｔaを取得する（ステップＳ３８８）。そして、タンク圧が設定した基準圧力Ｐ1に達するまで、ステップＳ３８８およびステップＳ３８６の動作を繰り返す。
【００６４】
ステップＳ３８６においてタンク圧が選択した基準圧力Ｐ1に達したと判断されると、制御部３８は、ステップＳ３４０あるいはステップＳ３８８において最も新しく検出したタンク温度Ｔaが、基準温度以上であるか否かを判断する。本実施例では、既述した複数の基準圧力のそれぞれに応じて基準温度が予め設定されて制御部３８に記憶されており、ステップＳ３９０では、ステップＳ３８４で選択した基準圧力Ｐ1に応じて設定されている基準温度との比較が行なわれる。このステップＳ３９０で用いる基準温度は、そのまま水素充填の動作を継続してタンク温度が上昇を続けた場合に、タンク圧が満充填になったときにタンク内温度が上限値を超えることが予測される温度として、基準圧力ごとに設定されている。本実施例では、基準圧力Ｐ1に対応して設定された基準温度を、基準温度3とする。
【００６５】
図７は、本実施例の水素充填システム１１０における水素タンク２０内に水素を充填する際の、水素タンク２０内の温度および水素タンク２０内の圧力の変化の様子を表わす説明図である。図７では、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２の開閉状態も併せて示している。なお、図７では、空の状態の水素タンク２０を満充填状態にする様子を表わしている。水素ガスの充填を開始したときには、第１水素ガス戻し流路２４の開閉弁３２は閉状態となっている。このとき、水素タンク２０への水素ガスの供給に伴って、水素タンク２０内の圧力および温度が上昇する。このようにタンク圧力およびタンク温度が上昇して、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達すると共に、このときタンク温度が基準温度Ｔ3に達した様子を、図７では、期間Ａと表している。
【００６６】
ステップＳ３９０において、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準温度Ｔ3以上であると判断されると、制御部３８は、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達したときに、タンク温度が基準温度Ｔ3以上であったという情報を、アンテナ部３７とアンテナ部５９との通信を介して水素供給装置１８の制御部５８に伝える（ステップＳ４００）。そして、制御部３８は、開閉弁３２に駆動信号を出力することによって開閉弁３２を開弁させると共に、制御部５８は、流量調整弁５２を調節する（ステップＳ４１０）。
【００６７】
このように、開閉弁３２を開弁することにより、水素タンク２０内に蓄えられた水素ガスの一部が、第１水素ガス戻し流路２４および第２水素ガス戻し流路６３を介して、バッファタンク５５へと供給され、タンク冷却運転が開始される。ここで、第２実施例では、開閉弁３２は、流量調整弁として機能しており、開閉弁３２の開度は、水素タンク２０から水素供給装置１１８側へと供給される水素ガス量が一定となるように調節される。また、第２実施例では、第１実施例とは異なり、ガス戻し流路を介して水素供給装置１１８側に回収される水素ガス量以上の量の水素ガスが、水素タンク２０に対して供給され続けるように、制御部５８によって流量調整弁５２が調整される。このように、水素タンク２０内の水素の一部が水素供給装置１１８側に回収されつつ、水素タンク２０への水素充填が続行されることで、タンク圧力およびタンク温度の上昇の程度は、それまでより緩やかになる。このように、タンク冷却運転が開始されてからの状態を、図７では、期間Ｂとして表している。図７では、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達したときに、タンク温度がちょうど基準温度Ｔ3に達しているが、タンク温度が基準温度Ｔ3以上であれば同様の制御が行われる。
【００６８】
ステップＳ４１０でタンク冷却運転を開始した後、制御部３８は、再びステップＳ３４０に戻り、ステップＳ３４０以降の処理を繰り返す。ステップＳ３５０において満充填ではないと判断されると、ステップＳ３８４では、先に選択された基準圧力Ｐ1よりも高い基準圧力である基準圧力Ｐ2が選択されることになる。そして、ステップＳ３９０では、タンク温度が、基準圧力Ｐ2に対応して定められた基準温度Ｔ4以上となっているか否かが判断される。ステップＳ３９０においてタンク温度が基準温度Ｔ4以上であると判断されると、車両１５と水素供給装置１１８との間で通信が行われた後（ステップＳ４００）、ステップＳ４１０では、水素タンク２０から水素供給装置１１８側へと回収される水素ガス量が、さらに多くなるように、開閉弁３２に対する駆動制御が変更される。このように、水素タンク２０からの回収水素量をさらに増加することにより、タンク圧力およびタンク温度の上昇の程度は、それまでよりもさらに緩やかになる。タンク圧力が基準圧力Ｐ2に達したときにタンク温度が基準温度Ｔ4に達していることによって、上記のように水素タンク２０からの水素ガス回収量を増加させる制御が開始された後の状態を、図７では、期間Ｃとして表している。
【００６９】
ステップＳ４１０で水素タンク２０からの水素ガスの回収量を増加させる制御を開始した後、制御部３８は、再びステップＳ３４０に戻り、ステップＳ３４０以降の処理を繰り返す。本実施例では、設定された複数の基準圧力の内、基準圧力Ｐ2が最大値である。そのため、ステップＳ３５０で満充填ではないと判断された後には、ステップＳ３８２において、タンク圧力が最大基準圧力を超えたと判断される。この場合には、ステップＳ３５０において満充填になったと判断されるまで、制御部３８は、ステップＳ３４０、Ｓ３５０、Ｓ３８２の処理を繰り返し行なう。
【００７０】
ステップＳ３５０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、アンテナ部３７およびアンテナ部５９を介して水素供給装置１１８の制御部５８へと伝えられる（ステップＳ３６０）。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、制御部５８は、開閉弁５７に対して駆動信号を出力して、これを閉弁させる（ステップＳ３７０）。これにより、水素ガス貯蔵部５０からの水素ガスの供給が停止される。その後、コネクタ６８をコネクタ受け部３０から外すことにより（ステップＳ３８０）、水素充填の動作が終了する。
【００７１】
なお、ステップＳ３９０において、基準圧力Ｐ1に対して設定された基準温度Ｔ3と内部温度Ｔaとを比較したときに、内部温度Ｔaが基準温度Ｔ3に達していないと判断されると、制御部３８はステップＳ３４０に戻るため、内部圧力が基準圧力Ｐ1を超えた状態であってもタンク冷却運転は行われない。このとき、後に実行されるステップＳ３８４では、基準圧力は基準圧力Ｐ2に設定され、ステップＳ３９０では、タンク温度Ｔaと基準温度Ｔ4との比較が行われる。そして、タンク圧力が基準圧力Ｐ2に達したときに、タンク温度Ｔaが基準温度Ｔ4以上であれば、初めてタンク冷却運転が開始されることになる。また、タンク圧力が基準圧力Ｐ1に達したときにタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ3に達していることによりタンク冷却運転が開始された場合であっても、タンク圧力が基準圧力Ｐ2に達したときにタンク温度Ｔaが基準温度Ｔ4に達していなければ、水素ガスの回収量を増加させる制御は行われない。
【００７２】
以上のように構成された第２実施例の水素充填システム１１０によれば、水素タンク２０の内部温度Ｔaが基準温度に達したときに、水素タンク２０内の昇温した水素の一部を水素タンク２０から回収しつつ、冷却した水素ガスの水素タンク２０への供給を継続するため、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という第１実施例と同様の効果が得られる。すなわち、第１実施例と同様に、水素タンクから水素供給装置側へと戻す水素ガス量を、水素供給装置から水素タンクに供給される水素ガス量以下にすることにより、効率良く、水素タンク内を冷却することができる。
【００７３】
ここで、本実施例では、タンク冷却運転を行なう際に、水素タンク２０内の水素圧を増加させる動作を継続している。したがって、水素タンク２０内の水素ガスを回収する動作を行なうことによる水素充填動作の遅れを抑制することが可能になる。また、水素タンク２０に対して、満充填よりも充填量が少ない状態に対応する複数の基準圧力および基準温度を用意して、水素タンク２０から回収する水素ガス量を段階的に増加させることが可能となっているため、水素タンク２０から回収する水素ガス量が、必要以上に増加することを抑制し、タンク冷却運転に起因する水素充填効率の低下を抑制できる。
【００７４】
なお、第２実施例では、タンク冷却運転に係る判断を行なうための基準圧力および基準温度を、予め２種類用意したが、３以上の複数であってもよい。あるいは、単一の基準圧力および基準温度を用いることとしても良い。充填の途中で、タンク冷却運転に係る判断を行ない、必要に応じてタンク冷却運転を行なうことで、満充填に達するまでにタンク温度Ｔaが上限値に達するのを抑制可能となる。ただし、判断となる基準点を、より多く用意する方が、満充填に達するまでにタンク温度が上限値に達することを抑える動作の信頼性を高めることができる。
【００７５】
また、第２実施例では、タンク圧力の基準圧力と、タンク温度Ｔaの基準温度との組み合わせによって、タンク冷却運転に係る判断を行なったが、異なる構成としても良い。水素タンク２０内の充填率を反映する値と、これに対応する基準温度との組み合わせを用いることで、同様の制御を行なうことができる。例えば、タンク圧力とタンク温度Ｔaから水素タンク２０における充填率そのものを求め、充填率と、これに対応する基準温度との組み合わせによって、タンク冷却運転に係る判断を行なっても良い。
【００７６】
また、第２実施例では、タンク温度Taが、タンク圧力（あるいはタンクの充填率）に応じて定めた基準温度以上であれば、水素タンク２０への供給水素ガス量よりも少量の水素ガスを、水素タンク２０から水素供給装置１１８側へと戻しているが、第１実施例と同様にして、水素タンク２０に供給する水素ガス量と同量の水素ガスを戻すこととしても良い。この場合には、例えば、タンク圧力（あるいはタンクの充填率）ごとに、タンク圧力（タンク充填率）が低いほど低温の基準温度を設定しておき、タンク温度Taが上記基準温度以上であればタンク冷却運転を行なえば良い。そして、タンク冷却運転の開始後に、タンク温度Taが上記各々の基準温度よりも低温の基準温度に低下したときには、タンク冷却運転を停止すればよい。
【００７７】
Ｄ．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。
【００７８】
Ｄ１．変形例１：
第１および第２実施例では、実測したタンク温度Ｔaに基づいて、タンク冷却運転を行なうか否か、あるいは水素ガスの戻し量を増加させるか否かを判断したが、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、水素タンク２０から水素ガスの一部を回収するタンク冷却運転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に用いる水素タンク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、例えば予め定めた一定時間だけタンク冷却運転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。
【００７９】
Ｄ２．変形例２：
第１および第２実施例では、水素タンク２０の温度センサ３４および圧力センサ３６の検出信号は車両１５側の制御部３８が取得し、水素供給装置側の弁等を制御する必要が生じた場合に、車両１５と水素供給装置との間で通信を行なうこととしたが、異なる構成としても良い。例えば、各センサの検出信号を、その都度通信により水素供給装置側に伝えて、各部の制御に係る判断を、すべて水素供給装置の制御部５８において行ない、制御部５８から車両１５側へと駆動信号を送ることとしても良い。実施例と同様の判断が行なわれ、同様の動作が行なわれるならば、判断に係る処理の一部または全部を、車両１５側と水素供給装置側とでいかように分担しても良い。
【００８０】
また、第１および第２実施例では、水素タンク２０への水素充填の動作を制御する開閉弁５７や流量調整弁５２等は水素供給装置側に設け、水素タンク２０から水素を回収する動作を制御する開閉弁３２は車両１５側に設けたが、異なる構成としても良い。水素タンク２０への水素充填の動作を制御する開閉弁５７や流量調整弁５２等は、水素ガス充填路２２、６２のいずれかの場所に設ければ良く、水素タンク２０から水素を回収する動作を制御する開閉弁３２は、水素ガス戻し流路２４、６３のいずれかの箇所に設ければよい。
【００８１】
また、第１および第２実施例では、水素タンク２０は、単一のタンクから成ることとしたが、複数のタンクから成ることとしても良い。複数のタンクを設ける場合には、例えば、複数のタンクを並列に接続して、同じように水素が消費されると共に、同じように水素が充填される構成とすることができる。また、水素ガスを消費する際には複数のタンクを順次使用し、水素タンクを充填する際には、充填量が低下したタンクに対してだけ充填することとしても良い。
【００８２】
また、第１および第２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、水素タンク内の昇温した水素ガスの一部を回収すると共にタンク内の水素ガスよりも低温な水素ガスの供給を継続することにより、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。
【００８３】
Ｄ３．変形例３：
実施例では、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。
【００８４】
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、水素充填時に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同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０，１１０…水素充填システム
１５…車両
１８，１１８…水素供給装置
１９…接続配管
２０…水素タンク
２２…第１水素ガス充填路
２３，２５…開口部
２４…第１水素ガス戻し流路
２６…燃料供給路
３０…コネクタ受け部
３１…接続センサ
３２…開閉弁
３３…逆止弁
３４…温度センサ
３６…圧力センサ
３７，５９…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…流路切替弁
５２…流量調整弁
５３…レギュレータ
５４…冷却器
５５…バッファタンク
５６…コンプレッサ
５７…開閉弁
５８…制御部
６０，６１…開口部
６２…第２水素ガス充填路
６３…第２水素ガス戻し流路
６４…第１分岐路
６５…第２分岐路
６６…水素ガス回収流路
６８…コネクタ
【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ガス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と前記水素タンクとを連通させて、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、
前記水素タンクと前記水素充填装置側とを連通させて、前記水素タンク内の水素ガスを前記水素充填装置側へと導く水素ガス戻し流路と、
前記水素ガス戻し流路に設けられた開閉弁であって、開弁することによって前記水素タンク内の水素ガスの前記水素充填装置側への流入を許容すると共に、閉弁することによって前記水素タンクから前記水素充填装置側への水素の流入を抑制する開閉弁と、
前記水素充填装置から前記水素タンクへの水素充填を行なう際に、前記水素タンク内が予め設定した高温状態に該当する場合には、前記水素ガス充填路を介した水素ガスの供給を継続する状態で、前記開閉弁を閉弁状態から開弁状態へと切り替えさせる戻り状態切り替え制御部と
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、
前記水素タンク内の温度を検出する温度センサを備え、
前記戻り状態切り替え制御部は、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記高温状態に該当すると判断する
水素充填システム。
【請求項３】
請求項２記載の水素充填システムであって、
前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量と等しく、
前記戻り状態切り替え制御部は、前記開閉弁を開弁させた後に、前記水素タンク内の温度が、前記水素戻し基準温度よりも低温である戻し停止基準温度以下となった場合に、前記開閉弁を閉弁させる
水素充填システム。
【請求項４】
請求項３記載の水素充填システムであって、
前記水素充填装置は、前記水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部を備え、
前記水素ガス充填路は、
前記水素タンクに接続する下流側の圧力が一定となる状態で、水素ガスの供給を許容するレギュレータと、
前記水素ガス充填路を流れる水素ガスを、前記レギュレータを迂回するように導く分岐路と、
水素ガスが流れる経路を、前記レギュレータを経由する経路と、前記分岐路を経由する経路と、で切り替える切替弁と、
を備え、
前記水素充填システムは、さらに、
前記開閉弁が閉弁しているときには、水素ガスが前記分岐路を経由し、前記開閉弁が開弁しているときには、水素ガスが前記レギュレータを経由するように、前記切替弁を駆動する供給流路切り替え制御部を備える
水素充填システム。
【請求項５】
請求項２記載の水素充填システムであって、さらに、
前記水素タンクにおける充填量を反映する値を検出する充填量検出部を備え、
前記戻り状態切り替え制御部は、前記充填量検出部が検出した前記水素タンクにおける充填量を反映する値が、満充填よりも少ない充填量に対応する基準値に達したときに、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、前記基準値に応じて定めた前記水素戻し基準温度を超える場合に、前記開閉弁を開弁させる
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、
前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量よりも少ない
水素充填システム。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の水素充填システムであって、
前記水素充填装置は、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供給される水素ガスを冷却する冷却器を備える
水素充填システム。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載の水素充填システムであって、
前記水素充填装置は、
水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部と、
水素ガスを蓄えることが可能なバッファタンクと、
前記バッファタンク内の水素を昇圧して前記高圧貯蔵部に供給する昇圧供給部と、
を備え、
前記水素ガス充填路は、前記高圧貯蔵部と前記水素タンクとを接続して、前記高圧貯蔵部から前記水素タンクへと水素ガスを導き、
前記水素ガス戻し流路は、前記水素タンクと前記バッファタンクとを接続し、前記水素タンクと前記バッファタンクとの内部の圧力差を利用して、前記水素タンクから前記バッファタンクへと水素ガスを導く
水素充填システム。
【請求項９】
請求項１ないし８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、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１０】
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、
水素ガスの供給を受ける前記水素タンクの内部温度を検出する第２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、前記第２の工程で検出した前記内部温度が予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記第１の工程による水素ガスの供給を継続しつつ、前記水素タンクに充填した水素ガスの一部を前記水素タンクから回収する第３の工程と
を備える水素充填方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の水素充填方法であって、
前記第３の工程で前記水素タンクから回収する水素ガス量は、前記第１の工程によって前記水素タンクに供給する水素ガス量と等しく、
前記水素充填方法は、さらに、
前記第３の工程における前記水素タンクから水素ガスを回収する動作を開始した後に、前記第２の工程で検出した前記内部温度が、前記水素戻し基準温度よりも低温である戻し停止基準温度以下となった場合に、前記水素タンクから水素ガスを回収する動作を停止する第４の工程を備える
水素充填方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の水素充填方法であって、さらに、
前記水素タンクにおける充填量を反映する値を検出する第４の工程を備え、
前記第３の工程は、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、前記第４の工程で検出した前記充填量を反映する値が予め定めた基準値に達したときに、前記第２の工程で検出した前記内部温度が前記水素戻し基準温度を超える場合に、前記第１の工程による水素ガスの供給を継続しつつ、前記水素タンクに充填した水素ガスの一部を前記水素タンクから回収する
水素充填方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の水素充填方法であって、
前記第３の工程で前記水素タンクから回収する水素ガス量は、前記第１の工程によって前記水素タンクに供給する水素ガス量よりも少ない
水素充填方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３いずれか記載の水素充填方法であって、
前記第１の工程は、前記水素タンクへの供給に先立って、水素ガスを冷却する工程を含む
水素充填方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４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１６】
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、前記水素タンクから前記第２の開口部へと水素ガスを導く水素ガス戻し流路と
を備える移動体。
【請求項１７】
請求項１６記載の移動体であって、
前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサと、
前記水素ガス戻し流路に設けられ、開弁することによって前記水素ガス戻し流路を介した前記水素タンクからの水素ガスの流出を可能にすると共に、閉弁することによって前記水素ガス戻し流路を介した水素タンクからの水素ガスの流出を抑制する開閉弁と、
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前記内部温度が予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記開閉弁を閉弁状態から開弁状態に切り替えさせる制御部と
を備える移動体。
【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の開口部から水素ガスを供給される水素ガス戻し流路と、
前記水素ガス充填路および前記水素ガス戻し流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１９】
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、
満充填状態の前記水素タンクよりも高圧で水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵部と、
水素ガスを貯蔵可能なバッファタンクと、
一端が前記水素ガス貯蔵部に接続されると共に、他端に第１の開口部を有し、前記第１の開口部を介して前記水素タンクに連通可能となる水素ガス充填路と、
一端が前記バッファタンクに接続されると共に、他端に第２の開口部を有し、前記第２の開口部を介して前記水素タンクに連通可能となる水素ガス戻し流路と、
前記バッファタンクと前記水素ガス貯蔵部とを接続し、前記バッファタンク内の水素ガスを昇圧しながら前記水素ガス貯蔵部に供給する水素ガス回収流路と
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ガス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と前記水素タンクとを連通させて、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、
前記水素タンクと前記水素充填装置側とを連通させて、前記水素タンク内の水素ガスを前記水素充填装置側へと導く水素ガス戻し流路と、
前記水素ガス戻し流路に設けられた開閉弁であって、開弁することによって前記水素タンク内の水素ガスの前記水素充填装置側への流入を許容すると共に、閉弁することによって前記水素タンクから前記水素充填装置側への水素の流入を抑制する開閉弁と、
前記水素充填装置から前記水素タンクへの水素充填を行なう際に、前記水素タンク内が予め設定した高温状態に該当する場合には、前記水素ガス充填路を介した水素ガスの供給を継続する状態で、前記開閉弁を閉弁状態から開弁状態へと切り替えさせる戻り状態切り替え制御部と
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、
前記水素タンク内の温度を検出する温度センサを備え、
前記戻り状態切り替え制御部は、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記高温状態に該当すると判断する
水素充填システム。
【請求項３】
請求項２記載の水素充填システムであって、
前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量と等しく、
前記戻り状態切り替え制御部は、前記開閉弁を開弁させた後に、前記水素タンク内の温度が、前記水素戻し基準温度よりも低温である戻し停止基準温度以下となった場合に、前記開閉弁を閉弁させる
水素充填システム。
【請求項４】
請求項３記載の水素充填システムであって、
前記水素充填装置は、前記水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部を備え、
前記水素ガス充填路は、
前記水素タンクに接続する下流側の圧力が一定となる状態で、水素ガスの供給を許容するレギュレータと、
前記水素ガス充填路を流れる水素ガスを、前記レギュレータを迂回するように導く分岐路と、
水素ガスが流れる経路を、前記レギュレータを経由する経路と、前記分岐路を経由する経路と、で切り替える切替弁と、
を備え、
前記水素充填システムは、さらに、
前記開閉弁が閉弁しているときには、水素ガスが前記分岐路を経由し、前記開閉弁が開弁しているときには、水素ガスが前記レギュレータを経由するように、前記切替弁を駆動する供給流路切り替え制御部を備える
水素充填システム。
【請求項５】
請求項２記載の水素充填システムであって、さらに、
前記水素タンクにおける充填量を反映する値を検出する充填量検出部を備え、
前記戻り状態切り替え制御部は、前記充填量検出部が検出した前記水素タンクにおける充填量を反映する値が、満充填よりも少ない充填量に対応する基準値に達したときに、前記温度センサが検出した前記水素タンク内の温度が、前記基準値に応じて定めた前記水素戻し基準温度を超える場合に、前記開閉弁を開弁させる
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、
前記戻り状態切り替え制御部が前記開閉弁を開弁させたときに、前記水素戻し流路を介して前記水素タンクから前記水素充填装置側へと流れる水素ガス流量は、前記水素ガス充填路を介して前記水素充填装置側から前記水素タンクへと供給される水素ガス流量よりも少ない
水素充填システム。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の水素充填システムであって、
前記水素充填装置は、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供給される水素ガスを冷却する冷却器を備える
水素充填システム。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載の水素充填システムであって、
前記水素充填装置は、
水素ガスを、前記水素タンクの満充填時よりも高圧で貯蔵する高圧貯蔵部と、
水素ガスを蓄えることが可能なバッファタンクと、
前記バッファタンク内の水素を昇圧して前記高圧貯蔵部に供給する昇圧供給部と、
を備え、
前記水素ガス充填路は、前記高圧貯蔵部と前記水素タンクとを接続して、前記高圧貯蔵部から前記水素タンクへと水素ガスを導き、
前記水素ガス戻し流路は、前記水素タンクと前記バッファタンクとを接続し、前記水素タンクと前記バッファタンクとの内部の圧力差を利用して、前記水素タンクから前記バッファタンクへと水素ガスを導く
水素充填システム。
【請求項９】
請求項１ないし８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、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１０】
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、
水素ガスの供給を受ける前記水素タンクの内部温度を検出する第２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、前記第２の工程で検出した前記内部温度が予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記第１の工程による水素ガスの供給を継続しつつ、前記水素タンクに充填した水素ガスの一部を前記水素タンクから回収する第３の工程と
を備える水素充填方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の水素充填方法であって、
前記第３の工程で前記水素タンクから回収する水素ガス量は、前記第１の工程によって前記水素タンクに供給する水素ガス量と等しく、
前記水素充填方法は、さらに、
前記第３の工程における前記水素タンクから水素ガスを回収する動作を開始した後に、前記第２の工程で検出した前記内部温度が、前記水素戻し基準温度よりも低温である戻し停止基準温度以下となった場合に、前記水素タンクから水素ガスを回収する動作を停止する第４の工程を備える
水素充填方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の水素充填方法であって、さらに、
前記水素タンクにおける充填量を反映する値を検出する第４の工程を備え、
前記第３の工程は、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、前記第４の工程で検出した前記充填量を反映する値が予め定めた基準値に達したときに、前記第２の工程で検出した前記内部温度が前記水素戻し基準温度を超える場合に、前記第１の工程による水素ガスの供給を継続しつつ、前記水素タンクに充填した水素ガスの一部を前記水素タンクから回収する
水素充填方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の水素充填方法であって、
前記第３の工程で前記水素タンクから回収する水素ガス量は、前記第１の工程によって前記水素タンクに供給する水素ガス量よりも少ない
水素充填方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３いずれか記載の水素充填方法であって、
前記第１の工程は、前記水素タンクへの供給に先立って、水素ガスを冷却する工程を含む
水素充填方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４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１６】
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、前記水素タンクから前記第２の開口部へと水素ガスを導く水素ガス戻し流路と
を備える移動体。
【請求項１７】
請求項１６記載の移動体であって、
前記水素タンクの内部温度を検出する温度センサと、
前記水素ガス戻し流路に設けられ、開弁することによって前記水素ガス戻し流路を介した前記水素タンクからの水素ガスの流出を可能にすると共に、閉弁することによって前記水素ガス戻し流路を介した水素タンクからの水素ガスの流出を抑制する開閉弁と、
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前記内部温度が予め定めた水素戻し基準温度を超える場合に、前記開閉弁を閉弁状態から開弁状態に切り替えさせる制御部と
を備える移動体。
【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の開口部から水素ガスを供給される水素ガス戻し流路と、
前記水素ガス充填路および前記水素ガス戻し流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１９】
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、
満充填状態の前記水素タンクよりも高圧で水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵部と、
水素ガスを貯蔵可能なバッファタンクと、
一端が前記水素ガス貯蔵部に接続されると共に、他端に第１の開口部を有し、前記第１の開口部を介して前記水素タンクに連通可能となる水素ガス充填路と、
一端が前記バッファタンクに接続されると共に、他端に第２の開口部を有し、前記第２の開口部を介して前記水素タンクに連通可能となる水素ガス戻し流路と、
前記バッファタンクと前記水素ガス貯蔵部とを接続し、前記バッファタンク内の水素ガスを昇圧しながら前記水素ガス貯蔵部に供給する水素ガス回収流路と
を備える水素充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１７４０６（Ｐ２０１１−１７４０６Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６３３５２（Ｐ２００９−１６３３５２）
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【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２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【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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