(57)【要約】【課題】水素の出荷設備を備えない水素供給設備から容易に水素を取り出す。【解決手段】水素充填装置１００は、上流側タンク（サクションタンク２３０）に吸入側が接続される圧縮機（第１圧縮機１２２）と、圧縮機（第１圧縮機１２２）の吐出側に接続される下流側タンク１２４と、下流側タンク１２４に接続され、水素運搬容器ＨＣに接続可能な供給部１２６と、圧縮機（第１圧縮機１２２）および下流側タンク１２４が設けられる車両１１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側タンクに吸入側が接続される圧縮機と、
前記圧縮機の吐出側に接続される下流側タンクと、
前記下流側タンクに接続され、水素運搬容器に接続可能な供給部と、
前記圧縮機および前記下流側タンクが設けられる車両と、
を備える水素充填装置。
【請求項２】
前記上流側タンクは、前記車両に設けられる請求項１に記載の水素充填装置。
【請求項３】
前記上流側タンクの圧力が所定圧力以上となるように前記圧縮機を制御する圧力制御部を備える請求項１または２に記載の水素充填装置。
【請求項４】
前記上流側タンクは、水素ステーションに設けられたクッションタンクである請求項１に記載の水素充填装置。
【請求項５】
前記水素運搬容器の温度が所定温度未満となるように前記圧縮機を制御する温度制御部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の水素充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素運搬容器に水素を充填する水素充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）の普及に伴い、将来的に水素ステーションの稼動率の増加が見込まれる。水素ステーションは、水素製造装置を備えるオンサイト型と、水素製造装置を備えないオフサイト型（例えば、特許文献１）とに大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０７７５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オンサイト型の水素ステーションにおいて、水素製造装置にトラブルが生じたり、想定を超える容量の水素を燃料電池自動車に供給したりする場合がある。また、オフサイト型の水素ステーションにおいて、水素貯蔵タンクが空になる場合がある。これらの場合、他の水素供給設備から水素ステーションに水素を持ち込む必要が生じる。
【０００５】
しかし、水素供給設備は、水素の出荷設備を備えない場合がある。そこで、水素の出荷設備を備えない水素供給設備から容易に水素を取り出すことができる技術の開発が希求されている。
【０００６】
本発明は、水素の出荷設備を備えない水素供給設備から容易に水素を取り出すことが可能な水素充填装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の水素充填装置は、上流側タンクに吸入側が接続される圧縮機と、圧縮機の吐出側に接続される下流側タンクと、下流側タンクに接続され、水素運搬容器に接続可能な供給部と、圧縮機および下流側タンクが設けられる車両と、を備える。
【０００８】
また、上流側タンクは、車両に設けられてもよい。
【０００９】
また、水素充填装置は、上流側タンクの圧力が所定圧力以上となるように圧縮機を制御する圧力制御部を備えてもよい。
【００１０】
また、上流側タンクは、水素ステーションに設けられたクッションタンクであってもよい。
【００１１】
また、水素充填装置は、水素運搬容器の温度が所定温度未満となるように圧縮機を制御する温度制御部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水素の出荷設備を備えない水素供給設備から容易に水素を取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態にかかる水素充填装置を説明する図である。
【図２】第２の実施形態にかかる水素充填装置を説明する図である。
【図３】第３の実施形態にかかる水素充填装置を説明する図である。
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
［第１の実施形態：水素充填装置１００］
図１は、第１の実施形態にかかる水素充填装置１００を説明する図である。なお、図１中、実線の矢印は水素の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示す。
【００１６】
図１に示すように、水素充填装置１００は、車両１１０と、車両１１０に設けられた（積載された）水素充填機構１２０とを含む。水素充填機構１２０は、第１圧縮機（圧縮機）１２２と、下流側タンク１２４と、供給部１２６と、温度測定部１２８と、中央制御部１３０とを含む。
【００１７】
第１圧縮機１２２は、後述する水素ステーション２００（水素供給設備）を構成するサクションタンク２３０に吸入側（入口）が接続され、下流側タンク１２４に吐出側（出口）が接続される。第１圧縮機１２２は、サクションタンク２３０から水素を吸引し、例えば、２０ＭＰａに圧縮（昇圧）する。つまり、本実施形態において、サクションタンク２３０は、上流側タンクとして機能する。水素ステーション２００については、後に詳述する。
【００１８】
下流側タンク１２４は、クッションタンク（バッファタンク）である。下流側タンク１２４は、第１圧縮機１２２から吐出された水素の圧力変動を吸収する。
【００１９】
供給部１２６は、ホースで構成される。供給部１２６は、下流側タンク１２４に接続され、先端は水素運搬容器ＨＣに接続可能な形状となっている。水素運搬容器ＨＣは、例えば、水素トレーラーに積載された貯留タンクや、カードル、シリンダーである。水素充填装置１００によって水素が充填された水素運搬容器ＨＣは、水素が不足している水素ステーションに運搬される。
【００２０】
温度測定部１２８は、水素運搬容器ＨＣの温度を測定する。本実施形態において、温度測定部１２８は、紐またはワイヤで構成された保持部１４０によって、供給部１２６の先端に保持される。また、温度測定部１２８には、不図示の磁石が設けられており、水素運搬容器ＨＣの外面に着脱自在となっている。
【００２１】
中央制御部１３０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部１３０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部１３０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素充填装置１００全体を管理および制御する。
【００２２】
本実施形態において、中央制御部１３０は、温度制御部として機能する。中央制御部１３０は、温度制御部として機能する場合、温度測定部１２８によって測定された水素運搬容器ＨＣの温度が所定温度未満となるように第１圧縮機１２２を制御する。所定温度は、水素運搬容器ＨＣの許容上限温度未満であり、例えば、４０℃である。
【００２３】
［水素ステーション２００］
続いて、上記水素ステーション２００について説明する。水素ステーション２００は、燃料電池自動車１０や船舶、飛行機等に搭載されたタンクに水素を供給する。なお、本実施形態では、燃料電池自動車１０のタンクに水素を供給する構成を例に挙げて説明する。また、燃料電池自動車１０は、燃料電池を搭載した車両であり、例えば、乗用車、バス、トラック、バイク（二輪車）である。なお、本実施形態では、オンサイト型の水素ステーション２００を例に挙げる。
【００２４】
図１に示すように、水素ステーション２００は、水素製造装置２１０と、第２圧縮機２２０と、サクションタンク２３０と、可変圧蓄圧器２４０と、高圧蓄圧器２５０と、ディスペンサー２６０とを含む。
【００２５】
水素製造装置２１０は、例えば、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の化石燃料から純度の高い水素を製造して出力する。また、水素製造装置２１０は、水電解装置であってもよい。
【００２６】
水素製造装置２１０は、第１配管２１２を介してサクションタンク２３０に接続されている。サクションタンク２３０は、クッションタンクである。サクションタンク２３０は、水素製造装置２１０から出力された水素の圧力変動を吸収する。サクションタンク２３０は、第２配管２１４を介して第２圧縮機２２０の吸入側（入口）に接続されている。第２配管２１４には、第２配管２１４を開閉するバルブＶ１が設けられている。
【００２７】
第２圧縮機２２０の吐出側（出口）は、第３配管２２２を介して可変圧蓄圧器２４０に接続されている。第３配管２２２には、第３配管２２２を開閉するバルブＶ２が設けられている。
【００２８】
可変圧蓄圧器２４０は、水素製造装置２１０から出力され、第２圧縮機２２０によって昇圧された水素（例えば、８２ＭＰａ）を貯留する。なお、本実施形態において、可変圧蓄圧器２４０の常用圧力（最大許容圧力）は、例えば、４０ＭＰａである。
【００２９】
また、可変圧蓄圧器２４０は、第４配管２４２を介して第２圧縮機２２０の吸入側に接続されている。第４配管２４２には、第４配管２４２を開閉するバルブＶ３が設けられている。なお、本実施形態において、第４配管２４２は、一端が可変圧蓄圧器２４０に接続され、他端が第１配管２１２におけるバルブＶ１と第２圧縮機２２０の吸入側との間に接続される。
【００３０】
また、第２圧縮機２２０の吐出側は、第５配管２２４を介して高圧蓄圧器２５０に接続されている。第５配管２２４には、第５配管２２４を開閉するバルブＶ４が設けられている。なお、本実施形態において、第５配管２２４は、第３配管２２２（第３配管２２２における第２圧縮機２２０の吐出側とバルブＶ２との間）から分岐されており、他端が高圧蓄圧器２５０に接続される。
【００３１】
高圧蓄圧器２５０は、第２圧縮機２２０によって昇圧された水素（例えば、８２ＭＰａ）を貯留する。つまり、高圧蓄圧器２５０の常用圧力（最大許容圧力）は、例えば、８２ＭＰａである。高圧蓄圧器２５０は、第６配管２５２を介してディスペンサー２６０に接続されている。第６配管２５２には、第６配管２５２を開閉するバルブＶ５が設けられている。バルブＶ５は、燃料電池自動車１０への水素の供給開始に伴って開弁される。
【００３２】
したがって、高圧蓄圧器２５０に貯留された水素は、第６配管２５２を介してディスペンサー２６０に供給される。そして、水素は、ディスペンサー２６０によって、燃料電池自動車１０に設けられた水素タンクに供給される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態にかかる水素充填装置１００は、車両１１０に第１圧縮機１２２および下流側タンク１２４が設けられる。このため、水素充填装置１００は、車両１１０によって、出荷設備を持たない水素ステーション２００（一般高圧ガス保安規則第七条の三に規定される水素ステーション）に仮設されたり、水素ステーション２００まで移動したりすることができる。したがって、水素充填装置１００は、水素ステーション２００において、必要な場合にのみ、出荷設備として機能することができる。このため、出荷設備が常設された水素ステーションと比較して、水素充填装置１００は、水素の出荷設備を備えない水素ステーション２００から容易に水素を取り出すことが可能となる。こうして、水素充填装置１００によって取り出された水素は、水素運搬容器ＨＣに充填され、他の水素ステーションへ運搬される。
【００３４】
また、上記したように水素充填装置１００の第１圧縮機１２２は、水素ステーションのサクションタンク２３０に接続される。つまり、水素充填装置１００は、圧力が所定値に維持されたサクションタンク２３０から水素を吸引する。このため、水素充填装置１００は、供給元の水素ステーション２００の本来の機能を損なうことなく、安定して水素を取り出すことが可能となる。
【００３５】
また、上記したように水素充填装置１００は、温度測定部１２８および中央制御部１３０を備える。これにより、水素充填装置１００は、水素運搬容器ＨＣの温度を許容上限温度未満に維持することができる。したがって、水素充填装置１００は、水素運搬容器ＨＣの劣化を防止して、水素を水素運搬容器ＨＣに充填することが可能となる。
【００３６】
［第２の実施形態：水素充填装置３００］
図２は、第２の実施形態にかかる水素充填装置３００を説明する図である。なお、図２中、実線の矢印は水素の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示す。
【００３７】
図２に示すように、水素充填装置３００は、車両１１０と、車両１１０に搭載された水素充填機構３２０とを含む。水素充填機構３２０は、上流側タンク３２２と、第１圧縮機（圧縮機）１２２と、下流側タンク１２４と、供給部１２６と、温度測定部１２８と、圧力測定部３２４と、中央制御部３３０と、を含む。なお、上記水素充填装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
上流側タンク３２２は、水素供給設備３５０に接続される。水素供給設備３５０は、例えば、水素製造工場、または、オフサイト型水素ステーションに設置された水素トレーラーである。水素トレーラーは、圧縮された水素が充填された貯留タンクを積載する。
【００３９】
圧力測定部３２４は、上流側タンク３２２の圧力を測定する。
【００４０】
中央制御部３３０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部３３０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部３３０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して水素充填装置３００全体を管理および制御する。
【００４１】
本実施形態において、中央制御部３３０は、温度制御部および圧力制御部として機能する。中央制御部３３０は、温度制御部として機能する場合、上記第１の実施形態と同様に、温度測定部１２８によって測定された水素運搬容器ＨＣの温度が所定温度未満となるように第１圧縮機１２２を制御する。
【００４２】
また、中央制御部３３０は、圧力制御部として機能する場合、圧力測定部３２４によって測定された上流側タンク３２２の圧力が所定圧力以上となるように第１圧縮機１２２を制御する。所定圧力は、水素供給設備３５０から水素充填装置３００に出力しても水素供給設備３５０の本来の機能が損なわれない圧力に設定される。
【００４３】
以上説明したように、第２の実施形態にかかる水素充填装置３００は、上流側タンク３２２と、圧力測定部３２４とを備える。これにより、水素供給設備３５０にタンクがない場合であっても、水素充填装置３００は、水素供給設備３５０の本来の機能を損なうことなく、安定して水素を取り出すことが可能となる。
【００４４】
［第３の実施形態：水素充填装置４００］
図３は、第３の実施形態にかかる水素充填装置４００を説明する図である。なお、図３中、実線の矢印は水素の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示す。
【００４５】
図３に示すように、水素充填装置４００は、車両１１０と、車両１１０に搭載された水素充填機構４２０とを含む。水素充填機構４２０は、第１圧縮機（圧縮機）１２２と、下流側タンク１２４と、供給部１２６と、温度測定部１２８と、中央制御部３３０と、圧力測定部３２４とを含む。つまり、水素充填装置４００は、水素充填装置３００と比較して、上流側タンク３２２を備えない点が、水素充填装置３００と相違する。なお、上記水素充填装置３００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
水素充填装置４００において、第１圧縮機１２２は、水素供給設備４５０に設けられたタンク４５２に接続される。つまり、水素供給設備４５０に設けられたタンク４５２が上流側タンクとして機能する。水素供給設備４５０は、例えば、水素製造工場である。
【００４７】
そして、本実施形態において、圧力測定部３２４は、タンク４５２の圧力を測定する。
【００４８】
以上説明したように、第３の実施形態にかかる水素充填装置４００は、圧力測定部３２４を備えるため、水素供給設備４５０の本来の機能を損なうことなく、安定して水素を取り出すことができる。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
例えば、上記実施形態において、供給部１２６が車両１１０に設けられる構成を例に挙げた。しかし、供給部１２６は、水素運搬容器ＨＣに設けられていてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態において、水素充填装置１００、３００、４００の中央制御部１３０、３３０が温度制御部として機能する場合を例に挙げた。しかし、中央制御部１３０、３３０は、温度制御部として機能せずともよい。
【００５２】
また、上記第２および第３の実施形態において、水素充填装置３００、４００の中央制御部３３０が圧力制御部として機能する場合を例に挙げた。しかし、中央制御部３３０は、圧力制御部として機能せずともよい。
【００５３】
また、水素充填装置１００、３００、４００は、水素運搬容器ＨＣに散水する散水装置を備えてもよい。散水装置を備える場合、中央制御部１３０、３３０は、水素運搬容器ＨＣの温度が所定温度未満となるように、散水装置を制御する。これにより、水素充填装置１００、３００、４００は、水素運搬容器ＨＣの温度を許容上限温度未満に維持することができる。したがって、水素充填装置１００、３００、４００は、水素運搬容器ＨＣの劣化を防止して、水素を水素運搬容器ＨＣに充填することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、水素運搬容器に水素を充填する水素充填装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
ＨＣ  水素運搬容器
１００、３００、４００  水素充填装置
１１０  車両
１２２  第１圧縮機（圧縮機）
１２４  下流側タンク
１２６  供給部
１３０  中央制御部（温度制御部）
２００  水素ステーション
２３０  サクションタンク（上流側タンク、クッションタンク）
３２２  上流側タンク
３３０  中央制御部（圧力制御部）
４５２  タンク（上流側タンク）
【図１】
2020091021.tif 000003
【図２】
2020091021.tif 000004
【図３】
2020091021.tif 000005