(57)【要約】【課題】  水素を燃料とする車両等への水素の供給にあたり、温度の上昇を抑えてより速く水素を供給できる水素の供給装置を提供する。【解決手段】  水素を燃料とする車両等２０が有する水素保持手段２１に水素を供給する装置１０であって、水素が貯蔵される水素貯蔵手段１１と、水素貯蔵手段１１から水素保持手段２１に水素を供給するまでの間に水素が移送される水素移送管１２と、水素を供給する際に開閉する減圧弁１４と、を有し、水素貯蔵手段１１または水素移送管１２の少なくともいずれか一方を常温よりも低温に冷却する冷却手段１３を有する水素の供給装置１０により、上記課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料とする車両、船舶、飛行機または燃料電池が有する水素保持手段に水素を供給する方法であって、
水素を常温よりも冷却した状態で前記水素保持手段に供給することを特徴とする水素の供給方法。
【請求項２】
前記水素保持手段に供給される水素が貯蔵されている段階、または、前記水素保持手段に水素を供給するまでの間に水素が移送されている段階、の少なくともいずれか一方の段階において水素を冷却することを特徴とする請求項１に記載の水素の供給方法。
【請求項３】
水素を燃料とする車両、船舶、飛行機または燃料電池が有する水素保持手段に水素を供給する装置であって、
水素が貯蔵される水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段から前記水素保持手段に水素を供給するまでの間に水素が移送される水素移送管と、水素を供給する際に開閉する減圧弁と、を有し、
前記水素貯蔵手段または前記水素移送管の少なくともいずれか一方を常温よりも低温に冷却する冷却手段を有することを特徴とする水素の供給装置。
【請求項４】
前記冷却手段は熱交換器を有し、当該熱交換器を前記水素移送管に取り付けることにより前記水素移送管を冷却することを特徴とする請求項３に記載の水素の供給装置。
【請求項５】
前記冷却手段は冷媒を通す管を有し、当該冷媒を通す管を前記水素貯蔵手段の周囲に取り付けることにより前記水素貯蔵手段を冷却することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の水素の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素の供給方法および水素の供給装置に関する。具体的には、水素を燃料とする車両、船舶、飛行機または燃料電池が有する水素保持手段に水素を供給する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境を保護する観点から、排ガス清浄化の要請、二酸化炭素発生量削減の要請等により、水素ガス（以下、単に水素ともいう。）を燃料とする車両、船舶、飛行機、燃料電池（以下、車両等ともいう。）の実用化が図られている。水素ガスを燃料とする車両等の実用化に不可欠な設備として、当該車両等へ水素ガスを供給するための設備である水素ステーションが知られている。
【０００３】
水素ステーションにおいては、通常、水素ステーションの水素貯蔵手段（通常はボンベ等が用いられる。）と車両等の水素保持手段（通常は車載型水素タンク等が用いられる。）との圧力差により、車両等の水素保持手段に水素を供給する。このように水素を供給し、車両等の水素保持手段に水素が充填される際には、水素貯蔵手段内の水素が車両等の水素保持手段に移るに際して圧力が低下し、これに伴い水素の等エンタルピー膨張が生じ、車両等の水素保持手段内の水素の温度が上昇する。例えば、４０ＭＰａの水素貯蔵手段から大気圧程度の車両等の水素保持手段に急速に水素を充填した場合、水素保持手段内の水素ガスの温度は最大８５℃にも達する例が報告されている。
【０００４】
水素は高温で他の元素と直接反応したり、酸素ガスと混ざると爆発する可能性もあるため、このような温度の上昇は好ましくない。また、水素の温度が上昇すると水素の体積が大きくなり、車両等の水素保持手段はすぐに充填されたように見えるが、水素の充填を終えて温度が降下してくると、水素の体積が小さくなり、水素保持手段の水素量測定器等においては急に水素の充填量が減ったように判断される。そうすると、車両等の水素保持手段には改めて水素を充填する必要がある。
【０００５】
水素ガスの温度上昇に伴う車両等の水素保持手段の温度上昇を避けるためには、水素を水素保持手段に充填する速度を遅くして、水素ガスと水素保持手段との間、水素保持手段と外気との間の熱交換時間を長くし、放熱量を増加させて、温度上昇を抑制する方法もある。しかしながら、この方法では水素の充填を急速にできず、実用には不向きである。
【０００６】
温度上昇を抑えつつ車両等の水素保持手段に水素を充填することを可能とする方法としては、圧力の異なる複数の蓄ガス手段（ボンベ、上述の水素貯蔵手段）を有し、圧力の低い蓄ガス手段から順次充填を開始することにより充填される車両側の温度上昇を抑える方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、同様の方法として、燃料ガス（水素ガス）を充填する際に車両の高圧ガス容器（上述の水素保持手段）本体を冷却する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２９３７５２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、水素貯蔵手段（ボンベ）の数が増えることにより構成が複雑になるとともに、複雑な制御も必要となる、水素の充填時間が長くなる場合があり連続して複数の車両等に供給することが難しい、等の不都合があった。また、特許文献２に開示された技術においては、個々の車両に冷却設備が必要となり車両の構成が複雑になるとともに、この構成により車両自体が重くなり、冷却システムを動かすための動力が必要で燃費が悪くなる場合もあった。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みなされたものであり、水素を燃料とする車両、船舶、飛行機または燃料電池への水素の供給にあたり、温度の上昇を抑えてより速く水素を供給できる水素の供給方法および水素の供給装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の水素の供給方法は、水素を燃料とする車両、船舶、飛行機または燃料電池が有する水素保持手段に水素を供給する方法であって、水素を常温よりも冷却した状態で前記水素保持手段に供給することを特徴とする。
【００１０】
上記本発明の水素の供給方法においては、前記水素保持手段に供給される水素が貯蔵されている段階、または、前記水素保持手段に水素を供給するまでの間に水素が移送されている段階、の少なくともいずれか一方の段階において水素を冷却することが好ましい。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の水素の供給装置は、水素を燃料とする車両、船舶、飛行機または燃料電池が有する水素保持手段に水素を供給する装置であって、水素が貯蔵される水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段から前記水素保持手段に水素を供給するまでの間に水素が移送される水素移送管と、水素を供給する際に開閉する減圧弁と、を有し、前記水素貯蔵手段または前記水素移送管の少なくともいずれか一方を常温よりも低温に冷却する冷却手段を有することを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の水素の供給装置においては、前記冷却手段は熱交換器を有し、当該熱交換器を前記水素移送管に取り付けることにより前記水素移送管を冷却することが好ましい。また、上記本発明の水素の供給装置においては、前記冷却手段は冷媒を通す管を有し、当該冷媒を通す管を前記水素貯蔵手段の周囲に取り付けることにより前記水素貯蔵手段を冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の水素の供給方法によれば、水素を燃料とする車両、船舶、飛行機、燃料電池（車両等）に水素を供給する際に、予め水素を冷却することにより、車両等の水素保持手段の温度上昇を防ぎ、水素をより速く車両等の水素保持手段に充填することが可能となる。そのため、複数の車両等の水素保持手段に連続して水素を充填することも可能となる。
【００１４】
上記の水素の供給方法においては、具体的に、水素保持手段に供給される水素が貯蔵されている段階または水素保持手段に供給される水素が移送されている段階の少なくともいずれか一方の段階において水素が冷却される方法とすることにより、従来の水素ステーション側の構成を変更することで、上述のように車両等に水素を供給することが可能になる。さらに、上記の水素の供給方法においては、従来の水素ステーションの構成に水素を冷却できる冷却手段を加える変更を行えばよいため、水素を通す水素移送管等の配管を複雑にせずに済み、設備の構成や制御方式を簡易にできる。また、水素が供給される車両等に冷却手段等を設ける必要がないため、車両等の重量が増加することや、車両等の冷却手段に要するエネルギーが増加することを避けられるため、車両等の燃費が悪くなることがない。
【００１５】
また、上記本発明の水素の供給装置によっても上記本発明の水素の供給方法と同様の作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の水素の供給方法および水素の供給装置について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の水素の供給装置を示す概略図である。
【００１７】
まず、図１に示すように、本発明の水素の供給装置１０は、水素が貯蔵される水素貯蔵庫１１と、水素貯蔵庫１１から水素燃料自動車２０の車載型水素タンク２１に水素を供給するまでの間に水素が移送される水素移送管１２と、水素を供給する際に開閉する減圧弁１４と、を有し、水素貯蔵庫１１または水素移送管１２の少なくともいずれか一方を常温よりも低温に冷却する冷却装置１３を有する。なお、水素貯蔵庫１１は本発明の水素貯蔵手段として機能し、冷却装置１３は本発明の冷却手段１３として機能する。また、図１には水素燃料自動車２０を本発明において水素が供給される車両、船舶、飛行機または燃料電池の一例として示し、車載型水素タンク２１は本発明の水素保持手段として機能する。
【００１８】
水素の供給装置１０は、水素移送管１２における減圧弁１４の水素貯蔵庫１１を有しない側に水素を車載型水素タンク２１に供給するために接続されているホース１５を有しており、当該ホース１５を通して水素を水素燃料自動車２０に供給する。以下に水素の供給装置１０の各構成部材について説明する。
【００１９】
水素貯蔵庫１１には、外部の水素源３０から移された水素ガスが圧縮された状態で封入されて貯蔵されている。水素貯蔵庫１１の材質や大きさ等は、特に限定されず、水素の供給装置１０を設置する場所や広さ等に合わせて、従来公知の水素ボンベ等を使用することができる。水素源３０については後述する。
【００２０】
水素移送管１２は、水素貯蔵庫１１からホース１５に至るまで水素を移送するために設けられる部材である。水素移送管１２の材質や大きさ等は、特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。
【００２１】
冷却装置１３は、水素貯蔵庫１１または水素移送管１２の少なくともいずれか一方（すなわち、水素貯蔵庫１１のみ、水素移送管１２のみ、または、水素貯蔵庫１１および水素移送管１２の双方）を冷却する装置である。冷却装置１３はこれらの各部材を冷却することにより、水素燃料自動車２０に供給される水素を冷却する。冷却装置１３は、各部材を少なくとも常温（水素貯蔵庫１１や水素移送管１２の外部温度）よりも低温に冷却するものとし、具体的には、水素燃料自動車２０に供給する際の水素を０〜２０℃程度に冷却することが好ましい。この水素の温度は、後述する温度計ＴＴ１、ＴＴ２により測定される温度に相当する。冷却される水素の温度は、水素を供給する車載型水素タンク２１等の規模や当該タンク２１における所望の水素温度等を考慮して設定できるようになっていてもよい。このとき、減圧後の水素の温度については、水素の圧力条件、温度条件を基に計算により求めることができる（例えば、常温において圧力５０ＭＰａ程度の水素貯蔵庫１１から圧力４０ＭＰａ程度の水素燃料自動車２０の車載型水素タンク２１に水素を充填する場合には、水素の温度が約４．２℃上昇することが計算により求められる。）。
【００２２】
冷却装置１３により水素貯蔵庫１１または水素移送管１２の少なくともいずれか一方を冷却することにより、水素が冷却されることとなり、水素燃料自動車２０の車載型水素タンク２１に充填される水素が所望の温度よりも高温となることがない。そのため、水素が引火しやすい、水素の体積が大きくなり水素が多く充填されたように見える、等の従来の不都合を解消することができる。
【００２３】
冷却装置１３が水素貯蔵庫１１を冷却する場合には、例えば、図１に示すように、冷却用の媒体（冷媒）を通した管１３１を水素貯蔵庫１１の周囲に取り付けることができる。冷媒を通した管１３１の取り付け方は、特に限定されないが、図１に示すように、水素貯蔵庫１１の周囲に螺旋状に巻きつけることができる。また、冷却装置１３が水素貯蔵庫１１を冷却する場合には、図示しないが、いわゆる二重管方式を用い、冷却装置１３から送られる冷媒を通した管内に水素貯蔵庫１１を設置して当該冷媒により水素貯蔵庫１１内の水素を冷却することができる。
【００２４】
冷却装置１３が水素移送管１２を冷却する場合には、例えば、図１に示すように、熱交換器１３２を水素移送管１２に設けて水素移送管１２を冷却することができる。熱交換器１３２を用いて水素移送管１２を冷却する場合には、図１に示すような減圧弁１４の水素貯蔵庫１１側の近い位置、または、減圧弁１４のホース１５を有する側の位置に熱交換器１３２を取り付け、水素を水素燃料自動車２０に供給する際に水素がよく冷却されていることが好ましい。また、冷却装置１３が水素移送管１２を冷却する場合には、図示しないが、いわゆる二重管方式を用い、冷却装置１３から送られる冷媒を通した管内に水素移送管１２を通して当該冷媒により水素移送管１２内の水素を冷却することもできる。このように、冷却装置１３は、水素貯蔵庫１１や水素移送管１２を冷却することができればよく、その構成は特に限定されない。
【００２５】
減圧弁１４は、水素移送管１２の途中または水素移送管１２の水素貯蔵庫１１を有しない側の先端とホース１５との間に設けられて、水素を供給する際に開閉される弁（バルブ）である。減圧弁１４は、弁の開閉の度合い等を調節してホース１５を有する側の流量を所定の流量に保つ役割を果たす。なお、減圧弁１４の種類等も流体である水素を対象として用いられるものであれば特に限定されず、従来公知のものが使用できる。
【００２６】
減圧弁１４の水素貯蔵庫１１を有する側と、ホース１５を有する側には、それぞれ、圧力計と温度計が設けられており、減圧弁１４の水素貯蔵庫１１側におけるものを圧力計ＰＴ１、温度計ＴＴ１とし、減圧弁１４のホース１５側におけるものを圧力計ＰＴ２、温度計ＴＴ２とする。これらの圧力計と温度計は、水素が減圧弁１４を通る前後における圧力と温度の状態を確認できるように設けられているものである。これらの圧力計と温度計の種類等も、特に限定されず、従来公知のものが使用できる。
【００２７】
圧力計ＰＴ１により測定される水素の圧力の範囲は、特に限定されないが、通常、４０〜８０ＭＰａの範囲に含まれる。一方、圧力計ＰＴ２により測定される減圧弁１４を通った水素の圧力の範囲は、特に限定されないが、通常、１〜７０ＭＰａの範囲に含まれる。なお、これらの水素の圧力は、車載型水素タンク２１に水素を充填することが可能な範囲で設定される。また、温度計ＴＴ１または温度計ＴＴ２により測定される水素の温度の範囲は、水素貯蔵庫１１における水素の圧力と車載型水素タンク２１における水素の圧力を基準に、計算により求めることができる。温度計ＴＴ２の温度は、圧力計ＰＴ２の値により変動させることができる。各温度計ＴＴ１、ＴＴ２により測定される水素の温度を適切な範囲内とすることにより、圧力変化により水素の温度が上昇しても、車載型水素タンク２１に充填される水素の温度を最大５０℃程度に抑えることができる。
【００２８】
ホース１５は、水素移送管１２の水素貯蔵庫１１を有しない側の先端に接続されており、減圧弁１４の水素貯蔵庫１１を有しない側に設けられている。ホース１５は、水素貯蔵庫１１から水素移送管１２を通って移送された水素を水素燃料自動車２０の車載型水素タンク２１に充填するために用いられるものであり、ホース１５の車載型水素タンク２１と接続する側の先端には、通常、充填用のノズルが設けられており、このノズルを介して車載型水素タンク２１に水素を供給するものである。ホース１５の材質や大きさ等も特に限定されないが、通常、高圧ホースと呼ばれるホースが用いられる。
【００２９】
ここで、図１に水素燃料自動車２０を示して本発明の水素の供給装置１０について上述したが、水素燃料自動車２０は車両の例として示したものである。水素の供給装置１０が水素ガスを供給する対象は、通常、水素を燃料として駆動する車両、船舶、飛行機または燃料電池であり、車両としては自動車や列車、燃料電池搭載車等を含む。水素を燃料として駆動する車両、船舶、飛行機または燃料電池は、車載型水素タンク２１等の水素保持手段を有しており、上述の水素の供給装置１０から、ホース１５を介して水素保持手段に水素が充填されるものである。
【００３０】
本発明の水素の供給装置１０は、通常、いわゆる水素ステーションと呼ばれる施設に設けられるが、水素を燃料とする車両、船舶、飛行機、燃料電池の水素保持手段に水素を供給する（移す）施設等であれば、どのような施設に設けられてもよい。
【００３１】
また、水素の供給装置１０に水素ガスを移す水素源３０は、特に限定されないが、水素源３０が他の場所にあり、その場所で製造された水素が水素貯蔵庫１１に移動されてきたものでもよいし、水素源３０が水素貯蔵庫１１付近の場所にあり、水素を製造してすぐに水素貯蔵庫１１に移動されたものでもよい。前者の水素源３０を用いる場合、水素の供給装置１０は、いわゆるオフサイト型水素ステーションに設けられたものといえる。また、後者の水素源３０を用いる場合、水素の供給装置１０は、いわゆるオンサイト型水素ステーションに設けられたものといえる。
【００３２】
また、本発明の水素の供給方法は、上述の車両等の水素保持手段に、水素を常温よりも冷却した状態で供給するものであり、具体的には、水素保持手段に供給される水素が貯蔵されている段階（上述の水素貯蔵庫１１に水素が貯蔵されている段階）、または、水素保持手段に水素を供給するまでの間に水素が移送されている段階（上述の水素移送管１２中を水素が移送されている段階）、の少なくともいずれか一方の段階において水素を冷却することが好ましい。本発明の水素の供給方法は、上述した水素の供給装置１０によっても行うことができるが、本発明の水素の供給方法が行われる装置や施設は、上述の水素の供給装置等に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の水素の供給装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  …  水素の供給装置
１１  …  水素貯蔵庫（水素貯蔵手段）
１２  …  水素移送管
１３  …  冷却装置（冷却手段）
１３１  …  冷媒を通した管
１３２  …  熱交換器
１４  …  減圧弁
１５  …  ホース
２０  …  水素燃料自動車（車両等）
２１  …  車載型水素タンク（水素保持手段）
３０  …  水素源
ＰＴ１、ＰＴ２  …  圧力計
ＴＴ１、ＴＴ２  …  温度計
【図１】
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