(57)【要約】【課題】燃料電池自動車への誤充填を確実に防止することができる、産業車両用の水素充填装置を提供する。【解決手段】水素充填装置１０は、排水レセプタクル２０にフォークリフト３０の排水ノズル４９が接続されていることを検知する接続検知手段としてのリミットスイッチ２１を備えている。水素充填装置１０は、リミットスイッチ２１によって排水レセプタクル２０に排水ノズル４９が接続されていることが検知される場合、すなわちフォークリフト３０の排水が行われ得る状態が検知される場合にのみ、水素充填ノズル１６による水素ガスの充填を開始する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを充填する水素充填手段と、
排水が流入可能な第１の接続手段と、
前記第１の接続手段を経由して排水に関する状態を検知する検知手段と、
前記水素充填手段を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記検知手段によって前記排水が行われ得る状態又は排水が行われている状態が検知される場合にのみ、前記水素充填手段による水素ガスの充填を開始する、水素充填装置。
【請求項２】
前記検知手段は、前記第１の接続手段に、該第１の接続手段に適合する第２の接続手段が接続されていることを検知する接続検知手段を含む、請求項１に記載の水素充填装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記第１の接続手段を経由して流入する排水を検知する排水検知手段を含む、請求項１または２に記載の水素充填装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記第１の接続手段が所定の収納位置から取り外されていることを検知する取り外し検知手段を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素充填装置に係り、特に産業車両用の水素充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池システムの実用化が進められている。一般的な燃料電池システムでは、燃料電池スタック（ＦＣスタック）に水素と酸素が供給され、これら水素と酸素がＦＣスタック内で化学反応を起こすことによって、電気エネルギーが生成される。また、燃料電池システムをフォークリフト等の産業車両に搭載したものも既に実用化されている。
【０００３】
燃料電池自動車や燃料電池産業車両に対して、水素ガスを充填する必要があるが、燃料電池自動車と燃料電池産業車両では、充填する際の水素の圧力が異なる（燃料電池自動車７０ＭＰａ、燃料電池産業車両３５ＭＰａ）。このため、誤充填を防止する必要がある。なお、特許文献１には、燃料電池自動車用の水素充填装置の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池自動車用の水素充填装置では、水素充填装置と車両の間で通信を行いながら水素充填が行われるため、燃料電池自動車用の水素充填装置で燃料電池産業車両を充填するという誤充填は防止される。一方、産業車両用の水素充填装置では、充填の際に通信を行わないものが多い。そのため、産業車両用の水素充填装置においては通信以外の方法で、燃料電池自動車への誤充填を防止する方策が必要となる。
【０００６】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池自動車への誤充填を確実に防止することができる、産業車両用の水素充填装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係る水素充填装置は、水素ガスを充填する水素充填手段と、排水が流入可能な第１の接続手段と、第１の接続手段を経由して排水に関する状態を検知する検知手段と、水素充填手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、検知手段によって排水が行われ得る状態又は排水が行われている状態が検知される場合にのみ、水素充填手段による水素ガスの充填を開始する。
ここで、「排水が行われ得る状態」とは、排水ノズルが接続された状態など、産業車両内の生成水の排水が可能となった状態（排水の準備ができた状態）を指す。
【０００８】
検知手段は、第１の接続手段に、当該第１の接続手段に適合する第２の接続手段が接続されていることを検知する接続検知手段を含んでいてもよい。
【０００９】
検知手段は、第１の接続手段を経由して流入する排水を検知する排水検知手段を含んでいてもよい。
【００１０】
検知手段は、第１の接続手段が所定の収納位置から取り外されていることを検知する取り外し検知手段を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る水素充填装置によれば、産業車両用の水素充填装置による燃料電池自動車への誤充填を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る水素充填装置とフォークリフトの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る水素充填装置の詳細な構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るフォークリフトの詳細な構成を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る水素充填装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係る水素充填装置の詳細な構成を示す図である。
【図６】実施の形態２に係る水素充填装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】実施の形態３に係る水素充填装置の詳細な構成を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る水素充填装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
【００１４】
この発明の実施の形態１に係る水素充填装置１０について説明する。図１には、産業車両に水素ガスを充填するための水素充填装置１０と、当該水素充填装置１０によって水素ガスを充填される産業車両の一例として、燃料電池システム３１を搭載したフォークリフト３０とが示されている。なお、以降の説明では、産業車両としてフォークリフトを例にとって説明するが、本願発明の適用可能な範囲はこれに限定されるものではなく、他の種類の産業車両であってもよい。
【００１５】
水素充填装置１０によってフォークリフト３０に水素ガスを充填する際には、水素充填装置１０の水素充填ノズル１６がフォークリフト３０の水素レセプタクル３５に接続される。そして、ユーザによって水素充填装置１０の水素充填開始ボタン２３が押下されると、水素充填装置１０から水素ホース１５を経由して、フォークリフト３０の燃料電池システム３１に水素ガスが充填される。
【００１６】
また、フォークリフト３０は、燃料電池システム３１の発電の際に生成される水を貯留するための貯水タンク４７を備えている。燃料電池自動車では、発電の際に生成される水はそのまま路上に捨てられるが、工場等の屋内で使用されることの多い産業車両では、屋内の床を汚さないために、発電の際に生成される水を貯留する貯水タンクを備えている。
【００１７】
そのため、産業車両用の水素充填装置１０は、フォークリフト３０への水素ガスの充填に際して、フォークリフト３０の貯水タンク４７内に貯留されている水を併せて吸引し、外部の排水溝に捨てる機能を備えている。具体的には、水素充填装置１０の排水レセプタクル２０がフォークリフト３０の排水ノズル４９に接続され、フォークリフト３０の貯水タンク４７内に貯留されている水が排水ホース４８、１９を経由して水素充填装置１０に吸引され、外部の排水溝に捨てられる。なお、燃料電池自動車の場合には、貯水タンクや排水ノズルは備えられていない。
【００１８】
また、水素充填装置１０は、ユーザに向けて各種の情報を表示するためのモニタ２４と、未使用時に水素充填ノズル１６を収納しておくための収納ホルダ２５と、同じく未使用時に排水レセプタクル２０を収納しておくための収納ホルダ２６とを備えている。以下、水素充填装置１０およびフォークリフト３０の構成の詳細について、図２、３を参照して順に説明していく。
【００１９】
まず、水素充填装置１０の構成について、図２を参照して説明する。水素充填装置１０は、水素ガスを圧縮して昇圧する圧縮機１１と、昇圧された水素ガスを貯留する蓄圧器１２とを備えている。蓄圧器１２の下流には、減圧弁１３および電磁式の開閉弁１４が設けられており、開閉弁１４の下流には水素ホース１５が接続されている。水素ホース１５の先端には水素充填ノズル１６が取り付けられており、この水素充填ノズル１６は、フォークリフト３０の水素レセプタクル３５に着脱可能に接続することができる。
【００２０】
また、水素充填装置１０は、産業車両の排水を一時的に貯留可能な排水タンク１７を備えており、排水タンク１７の下流は外部の排水溝に連通している。一方、排水タンク１７の上流には排水ポンプ１８が設けられており、排水ポンプ１８の上流には排水ホース１９が接続されている。排水ホース１９の先端には排水レセプタクル２０が取り付けられており、この排水レセプタクル２０は、フォークリフト３０の排水ノズル４９に着脱可能に接続することができる。また、排水レセプタクル２０には、当該排水レセプタクル２０に排水ノズル４９が接続されていることを検知するためのリミットスイッチ２１が取り付けられている。
【００２１】
さらに、水素充填装置１０は、マイクロコンピュータ等によって構成される制御ユニット２２を備えている。制御ユニット２２は、リミットスイッチ２１の検知信号を受信可能であると共に、ユーザによって操作される水素充填開始ボタン２３の操作状態を検出することができる。また、制御ユニット２２は、開閉弁１４の開閉状態および排水ポンプ１８の駆動を制御する。
【００２２】
次に、フォークリフト３０の構成について、図３を参照して説明する。この図に示されるように、フォークリフト３０の燃料電池システム３１は、燃料電池スタック（ＦＣスタック）３２と、水素ガスを供給可能な水素タンク３３と、酸素を含む空気を供給可能なエアコンプレッサ３４とを備えている。水素タンク３３の上流には水素レセプタクル３５が設けられており、フォークリフト３０の水素レセプタクル３５と、先述した水素充填装置１０の水素充填ノズル１６とは、着脱可能に接続することができる。
【００２３】
燃料電池システム３１では、水素タンク３３から供給される水素とエアコンプレッサ３４から供給される空気中の酸素とがＦＣスタック３２の内部で化学反応を起こすことによって、発電が行われると共に水が生成される。
【００２４】
また、水素タンク３３とＦＣスタック３２との間の水素供給管３６の途中には、ＦＣスタック３２に供給される水素ガスの流量を調整するためのインジェクタ等から構成される流量調整弁３７と、水素還流管３８に接続されるエゼクタ３９とが設けられており、水素還流管３８の途中には電動ポンプ４０が設けられている。
【００２５】
水素タンク３３から水素供給管３６を経由してＦＣスタック３２に供給される水素ガスは、ＦＣスタック３２内の化学反応によって消費される。化学反応に寄与することなく水素排出管４１に排出された一部の水素ガスは、気液分離器４２によって水分が分離された後、水素還流管３８に導かれる。水素還流管３８内の水素ガスは、電動ポンプ４０の作用によってエゼクタ３９に導かれ、再びＦＣスタック３２に供給される。
【００２６】
一方、エアコンプレッサ３４から空気供給管４３を経由してＦＣスタック３２に供給される空気は、ＦＣスタック３２内の化学反応によってその一部が消費され、化学反応に寄与しなかった空気は、空気排出管４４に排出される。
【００２７】
また、気液分離器４２によって分離された水は、気液分離器４２から水素還流管３８に導かれなかった水素ガスと共に希釈器４５に流入する。また、ＦＣスタック３２から空気排出管４４に排出された空気も希釈器４５に流入する。これにより、希釈器４５内で水素ガスの濃度が希釈されて排気管４６を経由して外気に放出されると共に、希釈器４５に流入した水が回収されて貯水タンク４７内に貯留される。
【００２８】
貯水タンク４７の下流には排水ホース４８が接続されており、排水ホース４８の先端には排水ノズル４９が取り付けられている。フォークリフト３０の排水ノズル４９と、先述した水素充填装置１０の排水レセプタクル２０とは、着脱可能に接続することができる。
【００２９】
次に、実施の形態１に係る水素充填装置１０の動作について説明する。水素充填装置１０によってフォークリフト３０に水素ガスを充填する際には、ユーザは以下の手順に従って水素充填装置１０を操作する。
手順１．水素充填装置１０の排水レセプタクル２０にフォークリフト３０の排水ノズル４９を接続する。（これにより、フォークリフト３０から水素充填装置１０への排水が開始される。）
手順２．水素充填装置１０の水素充填ノズル１６をフォークリフト３０の水素レセプタクル３５に接続する。
手順３．水素充填装置１０の水素充填開始ボタン２３を押下する。（これにより、水素充填装置１０からフォークリフト３０への水素ガスの充填が開始される。）
【００３０】
ユーザによって上記の操作が行われる際、水素充填装置１０は、図４のフローチャートに示されるように動作する。
【００３１】
まず、水素充填装置１０の制御ユニット２２は、ユーザによって水素充填開始ボタン２３が押下されたことを検知すると（Ｓ４０１）、排水レセプタクル２０に取り付けられているリミットスイッチ２１からの検知信号によって、排水レセプタクル２０にフォークリフト３０の排水ノズル４９が接続されているか否かを調べる（Ｓ４０２）。
【００３２】
ステップＳ４０２において、排水レセプタクル２０に排水ノズル４９が接続されている場合（Ｓ４０２＝ＹＥＳ）には、制御ユニット２２は、フォークリフト３０への水素ガスの充填を開始する。詳細には、制御ユニット２２は、電磁式の開閉弁１４を開状態にすることによって水素充填ノズル１６から高圧の水素ガスを吐出させ、フォークリフト３０の水素タンク３３に充填する。
【００３３】
一方、ステップＳ４０２において、排水レセプタクル２０に排水ノズル４９が接続されていない場合（Ｓ４０２＝ＮＯ）には、制御ユニット２２は、水素ガスの充填を行うことなく、モニタ２４（図１参照）にエラーメッセージを表示する。すなわち、水素充填装置１０は、排水レセプタクル２０にフォークリフト３０の排水ノズル４９が接続されていない場合には、水素ガスの充填を行われない。
【００３４】
以上説明したように、実施の形態１に係る水素充填装置１０は、排水レセプタクル２０にフォークリフト３０の排水ノズル４９が接続されていることを検知する接続検知手段としてのリミットスイッチ２１を備えている。制御ユニット２２は、リミットスイッチ２１によって排水レセプタクル２０に排水ノズル４９が接続されていることが検知される場合、すなわちフォークリフト３０の排水が行われ得る状態が検知される場合にのみ、水素充填ノズル１６による水素ガスの充填を開始する。
【００３５】
先述したように、燃料電池自動車の場合には、発電の際に生成される水を貯留する貯水タンクや排水ノズルは備えられていない。そのため、排水ノズルを接続することがないため、燃料電池自動車が本願発明に係る水素充填装置１０を利用することはできない（水素が充填されることがない）。これにより、産業車両用の水素充填装置による燃料電池自動車への誤充填を確実に防止することができる。
【００３６】
また、従来の産業車両用の水素充填装置では、排水ノズル４９が接続されていない状態でも水素ガスの充填を行うことができるため、ユーザが水素ガスの充填の際に併せて排水を行うのを忘れてしまい、フォークリフト３０の貯水タンク４７が満水となってしまう場合があった。本願発明では、排水ノズル４９が接続されない限り水素ガスの充填を行うことができないため、ユーザが排水を忘れてしまうことも併せて防止することができる。
【００３７】
また、従来の産業車両用の水素充填装置では、水素ガスの充填を開始した後、遅れて排水を開始した場合には、水素ガスの充填終了時に排水が終了していない場合があった。本願発明では、水素ガスの充填に先立って排水が確実に開始されるため、水素ガスの充填終了時に排水が終了しないことが防止される。
【００３８】
さらに、本願発明では、水素充填装置と車両の両方に通信機構を設け、通信を行いながら充填することは必要なく、従来の産業車両用の水素充填装置に対して、排水ノズル４９の接続を検知するためのリミットスイッチ２１の取り付けと制御プログラムの変更を行うのみでよい。そのため、最小限の追加コストによって、既存の産業車両用水素充填装置に本願発明を実施することができる。
【００３９】
なお、排水レセプタクル２０に排水ノズル４９が接続されていることを検知する接続検知手段としては、リミットスイッチ２１の他にも、例えば光センサ等を使用することもできる。また、水素充填開始ボタン２３の押下に先立って排水ノズル４９の接続検知を行い、排水ノズル４９の接続が検知されない限り、水素充填ノズル１６を収納ホルダ２５（図１参照）から取り外せないようにしてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る水素充填装置２１０について説明する。なお、以降の説明において、実施の形態１と同一の部分については、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
図５に示されるように、実施の形態２に係る水素充填装置２１０は、実施の形態１におけるリミットスイッチ２１に代えて、排水ホース１９の途中に設けられた流量センサ２２７を備えている。流量センサ２２７は、排水レセプタクル２０を経由して流入する排水を検知する排水検知手段として機能する。
【００４２】
制御ユニット２２２は、流量センサ２２７によって排水レセプタクル２０を経由して排水が流入することが検知される場合（図６のステップＳ６０２＝ＹＥＳ）、すなわちフォークリフト３０の排水が行われている状態が検知される場合にのみ、水素充填ノズル１６による水素ガスの充填を開始する。このように構成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、排水レセプタクル２０を経由して排水が流入することを検知する排水検知手段としては、流量センサ２２７の他にも、例えば排水タンク１７に水位センサを設けてもよい。
【００４４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る水素充填装置３１０について説明する。図７に示されるように、実施の形態３に係る水素充填装置３１０は、実施の形態１におけるリミットスイッチ２１や、実施の形態２に係る流量センサ２２７に代えて、排水レセプタクル２０の収納ホルダ２６に取り付けられたリミットスイッチ３２８を備えている。リミットスイッチ３２８は、排水レセプタクル２０が所定の収納位置（収納ホルダ２６）から取り外されていることを検知する取り外し検知手段として機能する。
【００４５】
制御ユニット３２２は、リミットスイッチ３２８によって排水レセプタクル２０が収納ホルダ２６から取り外されていることが検知される場合（図８のステップＳ８０２＝ＹＥＳ）、すなわちフォークリフト３０の排水が行われ得る状態が検知される場合にのみ、水素充填ノズル１６による水素ガスの充填を開始する。このように構成しても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、排水レセプタクル２０が収納ホルダ２６から取り外されていることを検知する取り外し検知手段としては、リミットスイッチ３２８の他にも、例えば光センサ等を使用することもできる。
【００４７】
その他の実施の形態．
上記の実施の形態１〜３は任意に組み合わせることもできる。実施の形態１〜３を複数組み合わせることによって、産業車両用の水素充填装置による燃料電池自動車への誤充填をさらに確実に防止することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０，２１０，３１０  水素充填装置、１６  水素充填ノズル（水素充填手段）、２０  排水レセプタクル（第１の接続手段）、２２，２２２，３２２  制御ユニット（制御手段）、２１  リミットスイッチ（接続検知手段）、２２７  流量センサ（排水検知手段）、３２８  リミットスイッチ（取り外し検知手段）、４９  排水ノズル（第２の接続手段）。
【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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