(57)【要約】【課題】水素タンクの内圧が上昇することによって水素タンクの水素充填量が減少することを抑制する。【解決手段】コントローラ７が、水素タンクＡ，Ｂの内圧に応じて水素タンクＡ，Ｂ内への水素の供給／停止を断続的に繰り返すことにより、水素タンクＡ，Ｂ内に水素を充填する。これにより、水素タンクＡ，Ｂ内に供給された水素が水素貯蔵材料に吸蔵されるのを待って水素タンクＡ，Ｂ内に水素が再度供給されるので、水素タンクＡ，Ｂの内圧が上昇することによって水素タンクＡ，Ｂの水素充填量が減少することを抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵材料が内装された水素タンクと、
前記水素タンクの内圧又は内部温度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記水素タンク内への水素の供給／停止を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記水素タンクの内圧又は内部温度に応じて前記水素タンク内への水素の供給／停止を断続的に繰り返すことにより水素タンク内に水素を充填すること
を特徴とする水素貯蔵システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水素貯蔵システムにおいて、
前記水素タンクを複数備え、前記制御部は、複数の水素タンクのうち、少なくとも１つの水素タンク内への水素供給を停止している間、他の水素タンクの少なくとも１つの水素タンク内に水素を供給することを特徴とする水素貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵材料が内装された水素タンクを備える水素貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の水素タンクの内圧を検出し、最も高い内圧と最も低い内圧の差圧が設定された値以下になるように水素タンク内の水素を水素消費装置に排出する水素貯蔵システムが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2006-269330号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、水素吸蔵材料や水素吸着材料等の水素貯蔵材料が内装された水素タンクは水素充填時に発熱する。そして発熱によって水素タンク内が高温になると、水素貯蔵材料が水素を貯蔵できなくなることから水素タンクの内圧が上昇する。このため上述の従来の水素貯蔵システムによれば、水素充填時、水素タンク内の水素が水素貯蔵材料に十分に貯蔵される前に排出されることにより、水素タンクの水素充填量が減少することがある。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は水素タンクの内圧が上昇することによって水素タンクの水素充填量が減少することを抑制可能な水素貯蔵システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る水素貯蔵システムは、水素タンクの内圧に応じて水素タンク内への水素の供給／停止を断続的に繰り返すことにより水素タンク内に水素を充填する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る水素貯蔵システムによれば、水素タンク内に供給された水素が水素貯蔵材料に吸蔵されるのを待って水素タンク内に水素を再度供給するので、水素タンクの内圧が上昇することによって水素タンクの水素充填量が減少することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる水素貯蔵システムについて説明する。
【０００８】
〔水素貯蔵システムの構成〕
本発明の実施形態となる水素貯蔵システムは、図１に示すように、水素貯蔵材料が内装された２つの水素タンクＡ，Ｂと、水素タンクＡ，Ｂから供給された水素を消費する燃料電池スタック等の水素消費装置２を備える。図１に示す実線の矢印は冷媒流路を示し、水素タンクＡ，Ｂ内の水素貯蔵材料を冷却することにより昇温された冷媒は水素タンクＡ，Ｂからラジエータ３に送られて冷却される。ラジエータ３により冷却された冷媒は水素消費装置２の放熱のために水素消費装置２に送られた後に、水素貯蔵材料を冷却するために再び水素タンクＡ，Ｂに供給される。ラジエータ３と水素消費装置２間の冷媒流路には開閉弁４と循環ポンプ５が設置され、開閉弁４と循環ポンプ５により冷媒流量が制御される。図１に示す一点破線の矢印は水素流路を示し、図示しない水素供給源から供給された水素はこの水素流路を通り水素タンクＡ，Ｂと水素消費装置２に供給される。水素タンクＡ，Ｂと水素流路の接続位置には水素タンクＡ，Ｂからの水素の流入出を制御するためのシャットバルブ６ａ，６ｂが設けられている。
【０００９】
〔制御系の構成〕
上記水素貯蔵システムは、水素タンクＡ，Ｂへの水素充填処理を制御するコントローラ７と、冷媒流路の上流側に位置する水素タンクＢに流入する冷媒の温度Ｔｗ・ＭＨｉｎを検出する温度センサＸ１と、冷媒流路の下流側に位置する水素タンクＡから流出する冷媒の温度Ｔｗ・ＭＨｏｕｔを検出する温度センサＸ２と、ラジエータ３に流入する冷媒の温度Ｔｗ・Ｒｉｎを検出する温度センサＸ３と、ラジエータ３から流出する冷媒の温度Ｔｗ・Ｒｏｕｔを検出する温度センサＸ４と、水素消費装置２に流入する冷媒の温度Ｔｗ・Ｓｉｎを検出する温度センサＸ５と、水素消費装置２から流出する冷媒の温度Ｔｗ・Ｓｏｕｔを検出する温度センサＸ６と、水素タンクＡの内圧を検出する圧力センサＹ１と、水素タンクＢの内圧を検出する圧力センサＹ２を有する。
【００１０】
〔水素充填処理〕
上記水素貯蔵システムでは、コントローラ７が以下に示す水素充填処理を実行することにより、水素タンクＡ，Ｂの内圧が上昇することによって水素タンクＡ，Ｂの水素充填量が減少することを抑制しながら水素タンクＡ，Ｂに水素を充填する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この水素充填処理を実行する際のコントローラ７の動作について説明する。図２に示すフローチャートは、コントローラ７に水素タンクＡ，Ｂへの水素の充填指令が入力されたタイミングで開始となり、水素充填処理はステップＳ１の処理に進む。なお水素充填処理の開始時にはシャットバルブ６ａ，６ｂは共に閉状態にあるものとする。
【００１１】
ステップＳ１の処理では、コントローラ７が、圧力センサＹ１，Ｙ２の出力を参照して水素タンクＡ，Ｂの内圧を検出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１２】
ステップＳ２の処理では、コントローラ７が、ステップＳ１の処理により検出された水素タンクＡ，Ｂの内圧が内装されている水素貯蔵材料の平衡圧（例えばプラトー圧）以下であるか否かを判別する。判別の結果、内圧が平衡圧以下でない場合、コントローラ７は水素充填処理をステップＳ１２の処理に進める。一方、内圧が平衡圧以下である場合には、コントローラ７は水素充填処理をステップＳ３の処理に進める。
【００１３】
ステップＳ３の処理では、コントローラ７が、水素充填処理のループ回数を計数するためのプログラムカウンタｎの値を１に設定する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ４の処理に進む。
【００１４】
ステップＳ４の処理では、コントローラ７が、水素タンクＡのシャットバルブ６ａを開放することにより水素タンクＡ内に水素を供給する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ５の処理に進む。
【００１５】
ステップＳ５の処理では、コントローラ７が、圧力センサＹ１の出力を参照して水素タンクＡの内圧が設定圧Ｐｎｕｐ（ｎ＝１，…，Ｎ）に到達したか否かを判別する。なお設定圧Ｐｎｕｐは図３に示すようにｎの値の増加に伴い水素タンクＡに水素がフル充填された際の水素タンクＡの内圧（例えば３５ＭＰａ）付近に漸近する値に設定されている。そしてコントローラ７は、水素タンクＡの内圧が設定圧Ｐｎｕｐに到達したタイミングで水素充填処理をステップＳ６の処理に進める。
【００１６】
ステップＳ６の処理では、コントローラ７が、水素タンクＡのシャットバルブ６ａを遮断するのと同時に水素タンクＢのシャットバルブ６ｂを開放することにより、水素タンクＡ内への水素の供給を停止するのと同時に水素タンクＢ内への水素の供給を開始する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ７の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ７の処理では、コントローラ７が、圧力センサＹ２の出力を参照して水素タンクＢの内圧がステップＳ５の処理において用いた設定圧Ｐｎｕｐに到達したか否かを判別する。なお本実施形態では水素タンクＢに対して用いる設定圧Ｐｎｕｐを水素タンクＡに対して用いる設定圧Ｐｎｕｐと同じであるとしたが、図３に示すように、水素タンクＢに対して用いる設定圧Ｐｎｕｐを水素タンクＡに対して用いる設定圧Ｐｎｕｐと異ならせてもよい。また図４に示すように、１回目（ｎ＝１）の水素充填処理において一方の水素タンク（この場合は水素タンクＡ）に優先的に水素を設定圧（図４に示す例では３０［ＭＰａ］）まで充填するようしてもよいし、図５に示すように、１回目（ｎ＝１）の水素充填処理において両方の水素タンクに同時に水素を設定圧（図５に示す例では３０［ＭＰａ］）まで充填するようにしてもよい。そしてコントローラ７は、内圧が設定圧Ｐｎｕｐに到達したタイミングで水素充填処理をステップＳ８の処理に進める。
【００１８】
ステップＳ８の処理では、コントローラ７が、水素タンクＢのシャットバルブ６ｂを遮断することにより、水素タンクＢ内への水素の供給を停止する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ９の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ９の処理では、コントローラ７が、プログラムカウンタｎの値が所定値Ｎであるか否かを判別する。判別の結果、プログラムカウンタｎの値が所定値Ｎである場合、コントローラ７は、水素タンクＡ，Ｂの内圧は水素タンクＡ，Ｂに水素がフル充填された際の水素タンクＡ，Ｂの内圧に近い値になっていると判断し、水素充填処理をステップＳ１２の処理に進める。一方、プログラムカウンタｎの値が所定値Ｎでない場合には、コントローラ７は、水素タンクＡ，Ｂ内に水素がまだ十分に充填されていないと判断し、水素充填処理をステップＳ１０の処理に進める。
【００２０】
ステップＳ１０の処理では、コントローラ７が、圧力センサＹ１，Ｙ２の出力を参照して水素タンクＡ，Ｂ内の水素貯蔵材料が水素を貯蔵することにより水素タンクＡ，Ｂの内圧が設定圧Ｐｎｕｐより低い設定圧Ｐｎｄｏｗｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）に到達したか否かを判別する。なお設定圧Ｐｎｄｏｗｎも設定圧Ｐｎｕｐと同様、図３に示すようにｎの値の増加に伴い水素タンクＡに水素がフル充填された際の水素タンクＡの内圧（例えば３５ＭＰａ）付近に漸近する値に設定されている。また本実施形態では水素タンクＡと水素タンクＢとで設定圧Ｐｎｄｏｗｎを同じとしたが、図３に示すように、水素タンクＡと水素タンクＢとで設定圧Ｐｎｄｏｗｎを異ならせてもよい。また水素タンクＡの内圧が設定圧Ｐｎｄｏｗｎに到達したか否かの判断はステップＳ７〜Ｓ９の処理の間に完了し、水素タンクＢの内圧が設定圧Ｐｎｄｏｗｎに到達したか否かの判断はステップＳ６の処理を実行する前のタイミングで完了するようにしてもよい。そしてコントローラ７は、水素タンクＡ，Ｂの内圧が設定圧Ｐｎｄｏｗｎに到達したタイミングで水素充填処理をステップＳ１１の処理に進める。なお水素タンクＡの内圧が水素タンクＢの内圧よりも先に設定圧Ｐｎｄｏｗｎに到達した場合には、コントローラ７は水素充填処理をステップＳ１１の処理に進めることにより水素タンクＡ内への水素供給を開始することが望ましい。
【００２１】
ステップＳ１１の処理では、コントローラ７が、プログラムカウンタｎの値を１増数する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ４の処理に戻る。
【００２２】
ステップＳ１２の処理では、コントローラ７が、水素タンクＡ，Ｂのシャットバルブ６ａ，６ｂを開放することにより水素タンクＡ，Ｂ内に水素を供給する。なおこの際、水素の充填に伴い水素タンクＡ，Ｂ内の温度が上昇し、結果として水素貯蔵材料の平衡圧が増加して水素タンクＡ，Ｂ内の圧力が急激に上昇した場合には、コントローラ７は水素充填処理をステップＳ４の処理に戻すようにしてもよい。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、水素充填処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００２３】
ステップＳ１３の処理では、コントローラ７が、圧力センサＹ１，Ｙ２の出力を参照して水素タンクＡ，Ｂの内圧が所定の水素充填自動停止圧（Ａ／Ｓ圧，例えば水素がフル充填された際の水素タンクの内圧）に到達したか否かを判別する。そして水素タンクＡ，Ｂの内圧が所定の水素充填自動停止圧になったタイミングで水素充填処理をステップＳ１４の処理に進める。
【００２４】
ステップＳ１４の処理では、コントローラ７が、水素タンクＡ，Ｂのシャットバルブ６ａ，６ｂを遮断することにより水素タンクＡ，Ｂへの水素の供給を停止する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、一連の水素充填処理は終了する。
【００２５】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる水素貯蔵システムでは、コントローラ７が、水素タンクＡ，Ｂの内圧に応じて水素タンクＡ，Ｂ内への水素の供給／停止を断続的に繰り返すことにより、水素タンクＡ，Ｂ内に水素を充填する。具体的には、コントローラ７は、水素タンクＡ，Ｂに水素を所定圧まで供給した後に水素の供給を停止し、水素貯蔵材料が水素を貯蔵することにより水素タンクＡ，Ｂの内圧が所定圧まで減少した段階で再び水素を供給する。そしてこのような構成によれば、水素タンクＡ，Ｂ内に供給された水素が水素貯蔵材料に吸蔵されるのを待って水素タンクＡ，Ｂ内に水素が再度供給されるので、水素タンクＡ，Ｂの内圧が上昇することによって水素タンクＡ，Ｂの水素充填量が減少することを抑制できる。
【００２６】
また本発明の実施形態となる水素貯蔵システムでは、コントローラ７が、水素タンクＡ（又は水素タンクＢ）内への水素供給を停止している間、水素タンクＢ（又は水素タンクＡ）内に水素を供給することにより水素を継続して供給する。そしてこのような構成によれば、圧力や水素の供給量に応じて水素の供給を自動的に停止する装置が水素供給装置に設けられている場合であっても水素供給装置は連続して水素を供給することができるので、水素を速やかに充填することができる。
【００２７】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば本実施形態では、コントローラ７は、水素タンクＡ，Ｂの内圧に応じて水素タンクＡ，Ｂ内への水素の供給／停止を断続的に繰り返すこととしたが、水素タンクＡ，Ｂの内圧は水素タンクＡ，Ｂ内の温度と相関関係を有するので、水素タンクＡ，Ｂ内に温度センサを設け、温度センサにより検出された水素タンクＡ，Ｂ内の温度に応じて水素タンクＡ，Ｂ内への水素の供給／停止を断続的に繰り返すようにしてもよい。また本実施形態では、水素タンクの本数は水素タンクＡと水素タンクＢの２本であったが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、３本以上の水素タンクを有する水素貯蔵システムにも適用することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態となる水素貯蔵システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態となる水素貯蔵処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】水素の充填に伴う水素タンクの内圧変化を示す図である。
【図４】シャットバルブの開閉に伴う水素タンクの内圧変化の一例を示す図である。
【図５】シャットバルブの開閉に伴う水素タンクの内圧変化の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
２：水素消費装置
３：ラジエータ
４：開閉弁
５：循環ポンプ
６ａ，６ｂ：シャットバルブ
Ａ，Ｂ：水素タンク
Ｘ１〜Ｘ６：温度センサ
Ｙ１，Ｙ２：圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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