(57)【要約】【課題】低コスト化が可能な液体水素の残量推定システムを提供することを課題とする。【解決手段】液体水素を貯蔵する第１タンク内の圧力を検出する圧力検知部と、前記第１タンク内の液体水素の量を推定する推定部と、を具備し、前記第１タンクは、前記液体水素を貯蔵する第２タンクに接続され、前記液体水素は、ポンプにより前記第１タンクと前記第２タンクとの間を流通し、前記圧力検知部は、前記ポンプを用いて前記第２タンクから前記第１タンクへと前記液体水素を供給する前の前記第１タンク内の圧力、および前記液体水素を供給した後の前記第１タンク内の圧力を検知し、前記液体水素の供給前の圧力および前記液体水素の供給後の圧力に基づいて前記推定部が前記第１タンク内の液体水素の量を推定する液体水素の残量推定システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体水素を貯蔵する第１タンク内の圧力を検出する圧力検知部と、
前記第１タンク内の液体水素の量を推定する推定部と、を具備し、
前記第１タンクは、前記液体水素を貯蔵する第２タンクに接続され、
前記液体水素は、ポンプにより前記第１タンクと前記第２タンクとの間を流通し、
前記圧力検知部は、前記ポンプを用いて前記第２タンクから前記第１タンクへと前記液体水素を供給する前の前記第１タンク内の圧力、および前記液体水素を供給した後の前記第１タンク内の圧力を検知し、
前記液体水素の供給前の圧力および前記液体水素の供給後の圧力に基づいて前記推定部が前記第１タンク内の液体水素の量を推定する液体水素の残量推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体水素の残量推定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素（Ｈ２）は燃料電池およびバーナなどの燃料ガスとして用いられる。水素は液化されタンクに貯蔵される。タンク内の液体水素の残量を検知するために液面計が用いられる。液体水素は約−２５３℃で貯蔵されるため、液面計も極低温で使用可能なものとする（特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０９２１７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、こうした液面計は静電容量または超電導などを利用しており、高価である。このため設備が高コスト化してしまう。そこで、低コスト化が可能な液体水素の残量推定システム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】
【０００５】
上記目的は、液体水素を貯蔵する第１タンク内の圧力を検出する圧力検知部と、前記第１タンク内の液体水素の量を推定する推定部と、を具備し、前記第１タンクは、前記液体水素を貯蔵する第２タンクに接続され、前記液体水素は、ポンプにより前記第１タンクと前記第２タンクとの間を流通し、前記圧力検知部は、前記ポンプを用いて前記第２タンクから前記第１タンクへと前記液体水素を供給する前の前記第１タンク内の圧力、および前記液体水素を供給した後の前記第１タンク内の圧力を検知し、前記液体水素の供給前の圧力および前記液体水素の供給後の圧力に基づいて前記推定部が前記第１タンク内の液体水素の量を推定する液体水素の残量推定システムによって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
低コスト化が可能な液体水素の残量推定システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は第１実施形態に係る液体水素の残量推定システムを例示する模式図である。
【図２】図２は第１実施形態に係る液体水素の残量推定システムを例示する模式図である。
【図３】図３は残量推定の制御を例示するフローチャートである。
【図４】図４は第２実施形態に係る液体水素の残量推定システムを例示する模式図である。
【図５】図５は第２実施形態に係る液体水素の残量推定システムを例示する模式図である。
【図６】図６は残量推定の制御を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の液体水素の残量推定システム１００について説明する。図１および図２は第１実施形態に係る液体水素の残量推定システム１００を例示する模式図である。図１は貯蔵タンク１０から燃料電池２２へと水素ガスを供給する例を示し、図２は液体水素１２の残量を推定する例を示す。
【０００９】
図１および図２に示すように、残量推定システム１００は、貯蔵タンク１０（第１タンク）、温度センサ１１および２３、流量計１３、ポンプ１４、バッファタンク１６（第２タンク）、バルブ１８および２４、圧力センサ２０および２１、および制御装置４０を備える。
【００１０】
貯蔵タンク１０は例えばステンレス製であり、真空断熱構造を有し、内部に液体水素１２を貯蔵する。貯蔵タンク１０の温度は例えば−２５３℃以下であり、液体水素１２の沸点よりも低く維持される。貯蔵タンク１０内は例えば平衡状態で保たれており、貯蔵タンク１０内の上部には水素ガスが充満する。貯蔵タンク１０の上面には圧力センサ２０が設けられ、かつ配管３０が挿入されている。圧力センサ２０は貯蔵タンク１０内の圧力を測定する。温度センサ１１は例えば熱電対であり、貯蔵タンク１０内の温度を測定する。
【００１１】
配管３０の一端は貯蔵タンク１０に接続され、他端は燃料電池２２に接続されている。配管３０には、貯蔵タンク１０から燃料電池２２にかけて、ポンプ１４、バッファタンク１６およびバルブ１８が順に設けられている。バッファタンク１６は例えばステンレス製であり、真空断熱構造は有さなくてよい。
【００１２】
配管３０の途中であってポンプ１４と貯蔵タンク１０との間に配管３２が接続されている。配管３２は不図示の水素ステーションに接続され、かつバルブ２４が設けられている。バルブ２４が開くことで、配管３２および３０を通じて、液体水素が貯蔵タンク１０へと供給される。
【００１３】
流量計１３は配管３０における水素ガスの流量を測定する。圧力センサ２１は配管３０内の圧力を測定する。温度センサ２３は例えば熱電対であり、配管３０内の温度を測定する。流量計１３、圧力センサ２１および温度センサ２３はバッファタンク１６と貯蔵タンク１０との間に位置する。
【００１４】
制御装置４０は例えばコンピュータなどであり、バルブ１８および２４の開度、ポンプ１４の駆動状態などを制御する。制御装置４０は、圧力センサ２０が検知する貯蔵タンク１０内の圧力、および圧力センサ２１が検知する配管３０内の圧力を取得する。制御装置４０は、流量計１３が検知する水素ガスの流量に基づき、貯蔵タンク１０とバッファタンク１６との間で流通する水素ガスの体積を取得する。また、後述のように制御装置４０は、液体水素１２の量を推定する推定部としても機能する。
【００１５】
バルブ２４が閉じ、バルブ１８が開き、ポンプ１４が回転（正転）することで、図１に矢印Ａ１で示すように貯蔵タンク１０内の水素ガスが吸引され、配管３０を通じて燃料電池２２へと供給される。より詳細には、配管３０に設けられたバッファタンク１６が貯蔵タンク１０から流出する水素ガスを貯蔵し、バッファタンク１６内の水素ガスが燃料電池２２へと供給される。燃料電池２２は水素ガスを燃料として発電する。水素ガスを使用する機器として燃料電池２２以外にバーナを設けてもよい。
【００１６】
水素ガスが貯蔵タンク１０の外へと吸い出されると、液体水素１２が蒸発し、貯蔵タンク１０内の液体水素１２の量が少なくなる。水素の不足を予防するためには、液体水素１２の残量を把握し、残量に応じて配管３２から液体水素１２を補給することが好ましい。
【００１７】
図３は残量推定の制御を例示するフローチャートである。図３に示すように、制御装置４０は圧力センサ２０が検知する貯蔵タンク１０内の圧力Ｐ１を取得する（ステップＳ１０）。制御装置４０はバルブ１８および２４を閉じ（ステップＳ１２）、ポンプ１４を逆回転させる（ステップＳ１４）。つまり、図２におけるポンプ１４の回転方向は図１の回転方向とは逆である。ポンプ１４の逆転により、図２の矢印Ａ２で示すように、バッファタンク１６から貯蔵タンク１０へと水素ガスが逆流する。
【００１８】
図３に示すように、制御装置４０はバッファタンク１６から貯蔵タンク１０へと供給される水素ガスの体積Ｖ０および圧力Ｐ０を取得する（ステップＳ１６）。制御装置４０は、水素ガス供給後の貯蔵タンク１０内の圧力Ｐ２を取得する（ステップＳ１８）。制御装置４０は、圧力Ｐ０、Ｐ１およびＰ２、体積Ｖ０に基づいて、貯蔵タンク１０に貯蔵されている液体水素１２の体積Ｖ１を算出する（ステップＳ２０）。算出については後述する。以上で制御は終了する。
【００１９】
液体水素１２の体積の算出について説明する。貯蔵タンク１０へと供給される水素ガスの圧力Ｐ０および体積Ｖ０、供給前の貯蔵タンク１０の圧力Ｐ１、供給後の圧力Ｐ２、貯蔵タンク１０の容積Ｖおよび液体水素１２の体積Ｖ１の間に次の関係が成り立つ。Ｖ−Ｖ１は貯蔵タンク１０内の水素ガスの体積である。
【数１】
2019219022.tif 000003
数１を変形すると数２が得られる。
【数２】
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制御装置４０は、これらの式を用いて液体水素１２の体積Ｖ１を算出する。
【００２０】
第１実施形態によれば、バッファタンク１６から貯蔵タンク１０へと水素ガスを供給し、供給前の圧力Ｐ１および供給後の圧力Ｐ２に基づき、液体水素１２の体積Ｖ１を推定する。液面計を使用しなくてよいため残量推定システム１００の低コスト化が可能である。
【００２１】
なお、バッファタンク１６内の水素ガスの温度は貯蔵タンク１０内の水素ガスの温度より高い。水素ガスの供給により貯蔵タンク１０内の温度が変化する。こうした温度変化の影響を考慮して体積Ｖ１を算出することも可能である。補正を行う場合、数１に代えて数３を用い、数２に代えて数４を用いる。Ｔ０は貯蔵タンク１０に供給される水素ガスの温度、Ｔ１は水素ガスの供給前の貯蔵タンク１０内の温度、Ｔ２は水素ガスの供給後の貯蔵タンク１０内の温度である。
【数３】
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【数４】
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【００２２】
（第２実施形態）
図４および図５は第２実施形態に係る液体水素の残量推定システム２００を例示する模式図である。図４は貯蔵タンク１０から燃料電池２２へと水素ガスを供給する例を示し、図５は液体水素１２の残量を推定する例を示す。第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【００２３】
図４および図５に示すように、配管３０には、貯蔵タンク１０から燃料電池２２にかけて、バルブ２５、ポンプ１４、バルブ２６、バッファタンク１６およびバルブ１８が順に設けられている。
【００２４】
配管３０には配管３３および３４が接続されている。配管３３の一端は貯蔵タンク１０とバルブ２５との間に接続され、他端はポンプ１４とバルブ２６との間に接続されている。配管３４の一端はバルブ２５とポンプ１４との間に接続され、他端はバルブ２６とバッファタンク１６との間に接続されている。
【００２５】
バルブ２４、２７および２８が閉じ、バルブ１８、２５および２６が開き、ポンプ１４が回転（正転）することで、図４に矢印Ａ３で示すように貯蔵タンク１０内の水素ガスが吸引され、配管３０を通じて燃料電池２２へと供給される。
【００２６】
図６は残量推定の制御を例示するフローチャートである。図６においては、図３のステップＳ１２に代えてステップＳ１３が行われ、ステップＳ１４に代えてステップＳ１５が行われる。
【００２７】
図６に示すように、制御装置４０はバルブ１８、２４、２５および２６を閉じ、バルブ２７および２８を開く（ステップＳ１３）。制御装置４０は、ポンプ１４を回転（正転）させる（ステップＳ１５）。これにより、図５の矢印Ａ４で示すように、バッファタンク１６から配管３４、３３および３０を通じて、貯蔵タンク１０へと水素ガスが逆流する。制御装置４０は、圧力Ｐ０、Ｐ１およびＰ２、体積Ｖ０に基づいて、貯蔵タンク１０に貯蔵されている液体水素１２の体積Ｖ１を算出する（ステップＳ１６、１８およびＳ２０）。
【００２８】
第２実施形態における体積Ｖ１の求め方は第１実施形態と同様に数１および数２を用いる。第２実施形態によれば、液面計を使用しなくてよいため残量推定システム２００の低コスト化が可能である。
【００２９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０                                    貯蔵タンク（第１タンク）
１１、２３                              温度センサ
１２                                    液体水素
１３                                    流量計
１４                                    ポンプ
１６                                    バッファタンク（第２タンク）
１８、２４、２５、２６、２７、２８      バルブ
２０、２１                              圧力センサ
２２                                    燃料電池
３０、３２、３３、３４                  配管
４０                                    制御装置
１００、２００                          残量推定システム
【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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