(57)【要約】【課題】ガス貯蔵システムの小型化と簡素化を可能とする。【解決手段】第１のガスタンク１０を備えるガス燃料車両１に搭載される予備タンクとしての第２のガスタンク２０であって、当該第２のガスタンク２０の最高圧力値は第１のガスタンク１０の最高圧力値より小さく、尚かつ当該第２のガスタンク２０のバルブ２１は溶栓弁と主止弁とからなる。また、該第２のガスタンク２０を備えるガス燃料車両においては、第２のガスタンク２０のバルブ２１に接続されるサブレセプタクル３に、当該第２のガスタンク２０の交換時に残水素を大気に開放するための開放弁が形成されていることが好ましい。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガスタンクを備えるガス燃料車両に搭載される予備タンクとしての第２のガスタンクであって、
当該第２のガスタンクの最高圧力値は前記第１のガスタンクの最高圧力値より小さく、尚かつ当該第２のガスタンクのバルブは溶栓弁と主止弁とからなる、ガスタンク。
【請求項２】
第１のガスタンクを備えるガス燃料車両において、
予備タンクとしての第２のガスタンクをさらに備え、該第２のガスタンクの最高圧力値は前記第１のガスタンクの最高圧力値より小さく、尚かつ前記第２のガスタンクのバルブは溶栓弁と主止弁とからなる、ガス燃料車両。
【請求項３】
前記第２のガスタンクのバルブに接続されるサブレセプタクルに、当該第２のガスタンクの交換時に残水素を大気に開放するための開放弁が形成されている。請求項２に記載のガス燃料車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタンクおよびガス燃料車両に関する。さらに詳述すると、本発明は、ガス燃料車両におけるガス貯蔵システムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンクを搭載する車両、例えば高圧水素タンクを搭載する燃料電池車両においては、室内空間や他の部品の収容空間を確保しつつ、できるだけ容量の大きいタンク（水素貯蔵モジュール）をいかに搭載するかが課題の一つとなっている。また、このような車両として、水素貯蔵モジュールの供給ラインと並列に予備タンクを備えるガス貯蔵システムを備えたものも提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５０９３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のごとき従来の燃料供給システムでは、予備タンクにおける最高圧力値、バルブ構成、タンク体格などが貯蔵モジュールと同じ場合にガス貯蔵システムが肥大化してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ガス貯蔵システムの小型化と簡素化を可能としたガスタンクおよびガス燃料車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。将来的に燃料電池車両が普及すればするほど、燃料切れにより燃料電池車両が路上等で停止してしまう問題が顕在化する。この点、現時点でもっとも普及しているガソリン車であれば最寄りの給油施設まで自走できる分を携帯タンクを利用して補給する等の対処方法があるが、燃料電池車両に関し、現状では水素供給のためのインフラが十分には整っておらず、水素燃料を供給するための方法ないしシステムはいわゆる水素ステーション以外にない。このため、仮に燃料切れとなった場合には、当該燃料切れとなった車両を他の大型車両に搭載して搬送して対処するといった方法をとらざるを得ない。また、現状、水素供給施設（水素ステーション）以外において水素燃料を補給することについての具体的な提案はなされておらず、高圧水素ガスを取り扱うには知識や資格を有する専門家が必要であるという背景もある。これらの背景の下、本発明者は、ガス貯蔵システムの構造についてさらに検討を重ねた。
【０００７】
すなわち、現状、燃料補給を行うためのステーションなどのインフラが十分整っておらず、燃料切れとなった場合に備えて予備のタンクを携帯する必要があると考えられるが、大型のタンクを車内に携帯することは積載容量の観点から望ましくないため、小型のタンクを携帯することになる。しかし、実際に車両に燃料を充填する場合、タンク内の圧力や充填した量を知るための設備無しでユーザ等が自身で燃料の充填作業を行うこととなる。そのため、従来の構成では容易に充填作業を行うことができず、また、確実に充填作業が行われるか否かを確認することができない。これらの点を考慮し、本発明者は、小型タンクの最高圧力値を第１のタンクの最高圧力値よりも小さくし、第１のタンク内の燃料が消費され、第１のタンク内の圧力が小さくなった際にのみ確実に燃料が充填されるようにし、かつ、その充填作業を容易に行うために小型タンクのバルブを溶栓弁と主止弁とから構成することについて知見した。かかる知見に基づく本発明は、第１のガスタンクを備えるガス燃料車両に搭載される予備タンクとしての第２のガスタンクであって、当該第２のガスタンクの最高圧力値は第１のガスタンクの最高圧力値より小さく、尚かつ当該第２のガスタンクのバルブは溶栓弁と主止弁とからなる、というものである。
【０００８】
車載タンクが空またはそれに近い状況となれば、当然、当該車載タンク（および、車両に搭載されているガス貯蔵システムからの燃料供給系統）における内圧も減って大気圧に近づく。したがって、燃料補給用の補助タンクの内圧がそれほど高くなくても車両にある程度まで燃料を充填することは可能である。別表現をすれば、燃料補給可能な状況や補給時の補給量をある程度限定さえすれば、非常用としての燃料補給のシステムを構築することは可能である。例えば、燃料切れの際、最寄りの水素供給施設（水素ステーション）まで自走するに足るだけの補給量に限定すれば、それに見合う程度の量の水素燃料を用意できればよくなる。
【０００９】
この点、本発明のタンクの場合、第２のガスタンクは予備タンクであり、ガス燃料車両が最寄りの水素供給施設（水素ステーション）まで自走することを可能ならしめるものであれば足りる。この考えに基づき、第２のガスタンクの最高圧力値を第１のガスタンクよりも小さくした本発明においては、このように最高圧力値が小さくて済むことにより、当該ガスタンクのバルブの構成をより簡素化できるという利点（例えば、逆止弁などを不要した構造にすることが可能であるという利点）がある。
【００１０】
また、本発明にかかるガス燃料車両は、第１のガスタンクを備えるガス燃料車両において、予備タンクとしての第２のガスタンクをさらに備え、該第２のガスタンクの最高圧力値は第１のガスタンクの最高圧力値より小さく、尚かつ第２のガスタンクのバルブは溶栓弁と主止弁とからなる、というものである。
【００１１】
かかるガス燃料車両においては、第２のガスタンクのバルブに接続されるサブレセプタクルに、当該第２のガスタンクの交換時に残水素を大気に開放するための開放弁が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガス貯蔵システムの小型化と簡素化を可能としたガスタンクおよびガス燃料車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池車両および小型水素タンクの一例を示す図である。
【図２】小型水素タンクの構造例を示す図である。
【図３】小型水素タンクのバルブ２１における他の構造例を示す図である。
【図４】充填ノズルに逆止弁を解除するための押しピンを設けた場合の構造例を示す図である。
【図５】圧力均衡表示手段が設けられた充填ノズルの一例を示す図である。
【図６】圧力均衡表示手段における浮動目盛りが、（Ａ）小型水素タンク内の圧力が高いうちは当該タンクの本体から離れる方向に動く様子、（Ｂ）小型水素タンク内の圧力と燃料電池車両側の燃料供給系統の圧力とが均衡したところで表示窓のほぼ中央に位置する様子を示す図である。
【図７】燃料供給タンク車および燃料電池車両の一例を示す図である。
【図８】燃料供給タンク車の水素タンクの充填口に接続される水素配管の構造例を示す図である。
【図９】燃料供給タンク車の水素タンクに備え付けられた圧力調整機構の一例を示す図である。
【図１０】予備の小型水素タンクを搭載した燃料電池車両の後部平面図である。
【図１１】予備の小型水素タンクを搭載した燃料電池車両の後部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１、図１０等に示す車両は、本発明が適用されうるガス燃料車両の一例としての燃料電池車両（燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle））１である。燃料電池車両１に搭載される燃料電池システムは、例えば当該燃料電池車両１の車載発電システムとして利用可能なものであるが、これに限られることはなく例えば電車、船舶、航空機等の各種輸送機関、さらにはロボットといった自走可能なものを含む各種移動体に搭載される発電システムとしても適用可能なものである。以下では、この燃料電池車両１に適用されうる各種ガスタンクやガス貯蔵システムについて説明する。
【００１５】
＜形態１＞
本形態では、燃料切れ（水素切れ）になった燃料電池車両１に水素燃料を充填できるようにする。上述したように、水素切れ状態の車載水素タンク１０は、大気圧またはこれに近似した状態となる。そこで、本実施形態では、車載水素タンク１０よりも低圧の携帯型の小型水素タンク２０を利用し、必要時に水素充填が行えるようにしている（図１参照）。十分に低圧の小型水素タンク２０であれば、タンク自体の耐圧構造を簡素化することができ、例えば携帯するに適したサイズおよび重量を実現することができる。この場合、充填ノズル２３には水素ステーション等における規格に準じた構造を適用することが好ましい。例示すれば、例えば５〜１０気圧程度の内圧で小型水素タンク２０に充填した場合、内容量は車両の大きさに応じて変化するが、例えば仮に１リットル（１０００ｃｍ3）であっても、当該水素燃料を補給された燃料電池車両１は数十ｋｍ程度を自走することが可能となる。要は、水素燃料の補給量は、当該燃料電池車両１の自走が可能な程度の量であればよい。
【００１６】
携帯可能な小型水素タンク２０の一例を示す（図２参照）。該小型水素タンク２０の一端には例えば逆止弁とロック解除ばねを内蔵し、外周に着脱用ねじ２２が形成されたバルブ２１が設けられている。このバルブ２１には上述の充填ノズル２３を着脱することが可能となっている。ロック解除ばねは、充填ノズル２３を小型水素タンク２０から取り外した際に逆止弁をロックして水素ガスの流出を防ぐ。あるいは、このようなねじ式とする代わりに、押し込み動作と捻り動作の組み合わせによって充填ノズル２３を着脱できるようにしたガイド溝２４を採用してもよい（図３参照）。また、充填ノズル２３に逆止弁を解除するための押しピン２５を設けておけば、当該充填ノズル２３を小型水素タンク２０に取り付けると同時にバルブ２１の逆止弁を解除させることができる（図４参照）。または、充填ノズル２３自体に逆止弁と開閉バルブを組み合わせた装置（図４において符号２６で示す）を設けるようにしてもよい。符号２８は、レセプタクル側解除ピンである。
【００１７】
また、充填ノズル２３に、圧力差、ないしは圧力が均衡したことの表示手段２７を設けることも好ましい。例えば本形態では、圧力に応じて動く浮動目盛り２７ａと表示窓２７ｂとを設けている（図５参照）。この浮動目盛り２７ａは、小型水素タンク２０内の圧力が高いうちは当該タンク２０の本体から離れる方向に動き、小型水素タンク２０内の圧力と燃料電池車両１側の燃料供給系統の圧力とが均衡したところで表示窓２７ｂのほぼ中央に位置する（図６参照）。
【００１８】
このような携帯可能な小型水素タンク２０および充填ノズル２３を利用した燃料供給手順の一例を以下に示す。まず、小型水素タンク２０に充填ノズル２３をセットする（図２参照）。この小型水素タンク２０を、燃料電池車両１側の燃料充填口（レセプタクル）２に取り付ける。小型水素タンク２０をロック後、例えば充填ノズル２３の開閉バルブをゆっくりと開け、圧力差を利用して水素燃料を燃料電池車両１へと充填する。また、圧力差を利用した充填の終了は上述した圧力均衡表示手段２７、あるいは燃料電池車両１に設けられている図示しない圧力センサなどで確認することができる。充填後は、例えば充填ノズル２３をもう一段回転させる等の動作により残水素燃料を外気に放出してもよい。その後、燃料充填口２から小型水素タンク２０を取り外して燃料供給を終了する。なお、充填ノズル２３は、比較的構造が複雑であり一般には高価であることから再利用することが好ましい。
【００１９】
＜形態２＞
燃料切れ（水素切れ）になった燃料電池車両１に、トラック等の別の車両４に搭載された水素タンク４１から水素燃料を直接充填できるようにする（図７参照）。ここでは、水素タンク４１に充填管４２を接続し、この充填管４２の先端に規格品の充填ノズル４３を接続している。
【００２０】
このようにトラック等の車両（燃料供給タンク車）４に搭載された水素タンク４１から各燃料電池車両１に水素燃料を供給する形態の場合、燃料供給を受ける燃料電池車両１の傍までこの燃料供給タンク車４を移動させて直接的に水素燃料を供給することができる。また、これによれば、燃料電池車両１の車載水素タンク１０が満充填状態（いわゆる満タン）となるまで水素燃料を充填することが可能である。
【００２１】
このように移動可能な燃料供給タンク車４を利用した場合、高圧ガス取扱いの有資格者が当該燃料供給タンク車４を運転して移動することにより臨時的な水素ステーションを設置して燃料供給を行うことが可能となる。このことは、水素ステーションがさらに設置されて水素供給インフラが整うまでの過渡期間において特に有用である。
【００２２】
また、現状、燃料電池車両１はまず法人向けという形で先に普及し、その後、量産効果等のコスト低減が進んで個人向けが普及すると目されているが、実際には各法人の近くに水素ステーションが設置されているわけではなく、また水素供給インフラを早急に整えることも難しい。必要とされる事業所等へ移動できる燃料供給タンク車４は特に現状においては有用である。
【００２３】
＜形態３＞
上述のような燃料供給タンク車４に搭載される水素タンク４１の構造は特に限定されるものではないが、燃料電池車両１に対して最寄りの水素ステーションまで自走しうる分を供給することを主眼とするのであれば簡素な構造であって構わない。例示すれば以下のごとき構造とすることができる。すなわち、燃料供給タンク車４に搭載される水素タンク４１の充填口４４に例えば中低圧の水素配管４５を接続し、この水素配管４５上に、流量計４６、電磁弁４７、大気解法バルブ４８、充填ノズル４３等を設けた構造とすることができる（図８参照）。ここでは特に図示していないが、充填ノズル４３には、燃料電池車両１の燃料供給口（レセプタクル）２に接続されてロックするためのロック機構や、このロック機構によるロックを解除して開放するための開放機構が設けられていることが好ましい。
【００２４】
このような水素タンク４１を利用した燃料供給手順の一例を以下に示す。まず、別体の充填ノズル４３付き水素配管４５を水素タンク４１および当該燃料電池車両１の燃料供給口（レセプタクル）２に接続する。その後、電磁弁４７を開いて水素充填を開始する。充填終了のタイミングは、流量計４６などを利用して確認することができる。電磁弁４７を閉じた後、大気開放バルブ４８を通じて水素を大気に開放することが好ましい。水素充填作業が完了したら、充填ノズル４３を燃料電池車両１の燃料供給口２から取り外す。
【００２５】
あるいは、燃料供給タンク車４に搭載される水素タンク４１に圧力調整機構５０を備え付けることも好ましい（図９参照）。機械ばねや電磁アクチュータなどを利用して内容量を変化させるように構成される圧力調整機構５０を用いれば、基本的には圧力差を利用して水素燃料を充填しつつ、内圧の変化に応じてこの圧力調整機構５０を作動させて所望の内圧とすることができる。これによれば、水素タンク４１内を例えば一定圧力とすることも可能である。なお、符号４９は接続部、５１はレギュレータである。
【００２６】
＜形態４＞
ここまで説明した水素燃料供給用の水素タンクはいずれも、単独で携帯されるなど、燃料電池車両１に搭載された車載水素タンク（第１のガスタンク）１０とは完全に別体ないしは別系統のタンクであったが、車載水素タンク１０とともに燃料電池車両１に搭載される予備の小型水素タンク（第２のガスタンク）２０とすることもできる（図１０、図１１参照）。例えば本実施形態では、車載水素タンク１０と比べて十分小型の予備の水素タンク（増槽タンク）２０を、燃料電池車両１のリアラゲージの前方位置（車載水素タンク１０寄り）に常設している（図１０、図１１参照）。このように、小型水素タンク２０の内容量は、車載水素タンク１０の内容量より十分に小さくて構わない。さらに、小型水素タンク２０の最高圧力値は、車載水素タンク１０の最高圧力値よりも十分に小さくて構わない。
【００２７】
ここで、本実施形態における小型水素タンク２０のバルブ２１は、例えば溶栓弁と主止弁から構成されている。溶栓弁は、高圧タンクやガスボンベ等の収容容器において雰囲気温度が何らかの理由で異常上昇した際、溶栓が解けて開放するという構造のいわゆる安全弁である。例えば火災などによりタンクの温度が異常上昇した場合、当該溶栓弁が作動することによってタンクがバーストするのが未然に防がれる。主止弁は、水素側が逆流するのを防止するための弁である。さらに本実施形態では、特に図示していないが、水素ガス配管６にあるマニホールド（複数タンクの水素ガスを合流させる管路）５に接続される水素サブラインと、カセット式の小型水素タンク２０をセットするためのケースおよびロック部と、当該小型水素タンク２０から水素充填するためのサブレセプタクル３と、を当該小型水素タンク２０あるいはこの小型水素タンク２０の設置箇所に設けている。なお、水素ガス配管６の途中に逆止弁７を設けることとしてもよい。
【００２８】
かかる燃料電池車両１では、通常時はこの小型水素タンク２０を用いることなく、メインとなる車載水素タンク１０の水素燃料を利用する。この場合、水素ガスの残量表示は、車載水素タンク１０の水素残量のみを計測して表示することが好ましい。
【００２９】
ここで、仮に車載水素タンク１０の水素残量が０となった場合には、一例として車内のインストルメンタルパネルのスイッチ操作などにより小型水素タンク２０のバルブ２１を開放し、予備の水素燃料を利用できるようにして近くの水素ステーションまで自走可能とすることが好ましい。要は、一般ユーザが高圧水素ガスに直接触れることなく小型水素タンク２０に切り換えられる構造とし、タンク自体の交換や保守・点検等は専門のメカニックに扱ってもらうようにすることが種々の点で好ましい。また、いったん使用された小型水素タンク２０はその後速やかに交換することが好ましい。
【００３０】
以上のように、燃料電池車両１に搭載される小型水素タンク２０によれば、当該燃料電池車両１の水素切れの際（いわゆるガス欠相当時）、当該小型水素タンク２０から水素ガスを供給することが可能である。また、この場合における小型水素タンク２０は中圧または低圧（一例として、１０気圧程度）のいわば増槽用のタンクとすることができるため、このような小型水素タンク（水素予備タンク）１０自体の耐圧構造を簡素化することが可能である。
【００３１】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態では本発明を燃料電池車両１に適用した例を示したがこれは好適な一例にすぎず、その他のガス燃料車両（例えば天然ガスを燃料とする車両など）においても本発明を適用することが当然に可能である。
【００３２】
また、上述したカセット式の小型水素タンク２０の代わりに、これよりも大型の中・高圧の水素タンクを増槽してもよい。こうすることにより、ラゲージスペースよりも予備タンク使用時の航続距離を重視するユーザの需要・要望に応えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ガスタンク等のガス貯蔵システムを有するガス燃料車両に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００３４】
１…燃料電池車両（ガス燃料車両）、３…サブレセプタクル、１０…車載水素タンク（第１のガスタンク）、２０…小型水素タンク（第２のガスタンク）、２１…バルブ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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