(57)【要約】【課題】燃料タンクに貯蔵したハイドレート燃料を冷却するエネルギー源として自己のハイドレート燃料を用い、完結したシステム内において燃料のハイドレート状態を維持可能とする。【解決手段】燃料タンク１を冷却する冷却機系を、凝縮器１０、膨張弁１１、蒸発器１２、電動コンプレッサ１３とを主として構成し、燃料タンク１のハイドレート燃料２を用いて発電する燃料電池４からの電力を用いて、電子制御装置（ＥＣＵ）２０で電動コンプレッサプ１３を駆動制御する。これにより、燃料タンク１の冷却システムを、外部からエネルギーを供給することなく作動させることのできる完結した自己冷却システムとすることができ、完結したシステム内で燃料のハイドレート状態を良好に維持することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、ハイドレート状態の燃料を貯蔵する燃料タンクと、
上記燃料タンクに連設され、上記燃料タンク内のハイドレート燃料を冷却する冷却手段と、
上記冷却手段を駆動する駆動エネルギーを、上記燃料タンク内のハイドレート燃料を用いて生成する冷却駆動エネルギー生成手段と、
上記燃料タンク内のハイドレート燃料の温度に基づいて、上記冷却駆動エネルギー生成手段で生成した駆動エネルギーによる上記冷却手段の作動を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システム。
【請求項２】
上記冷却駆動エネルギー生成手段を、上記燃料タンク内のハイドレート燃料を用いて発電する燃料電池で構成し、
上記燃料電池で発電した電力を、上記冷却手段の駆動エネルギーとして用いることを特徴とする請求項１記載の車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システム。
【請求項３】
上記冷却手段を、電動コンプレッサによる冷媒の圧縮過程を含む冷媒サイクル系で構成し、
上記燃料電池で発電した電力によって上記電動コンプレッサを駆動することを特徴とする請求項２記載の車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システム。
【請求項４】
更に、上記電動コンプレッサに車両外部の電源を接続可能な接続手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システム。
【請求項５】
上記制御手段は、
上記接続手段を介して上記燃料電池と上記外部電源とを選択的に切換え、上記電動コンプレッサを駆動制御することを特徴とする請求項４記載の車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料をハイドレート状態で貯蔵する車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガスや水素ガス等のガス燃料をハイドレート状態にして貯蔵・運搬する技術が開発されている。ハイドレートは、水分子のつくるクラスター（かご構造）の中にメタンや水素等のガスが取り込まれた構造を有するものであり、ガスの高圧圧縮による液化を要しないため、コスト・取扱い上の利点が多い。
【０００３】
このようなハイドレート燃料を自動車等の車両に適用し、ガスエンジンの燃料や燃料電池の水素供給源として用いる技術が従来から各種提案されている。例えば、特許文献１には、燃料タンクに貯蔵したハイドレートから分解して得られる燃料をエンジン燃料や燃料電池の水素源とする共に、ハイドレートの分解により生成される冷熱を冷凍庫や車内冷房用の冷熱源とする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２４８９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両の燃料タンクにハイドレート燃料を貯蔵する場合、外部から独立した状態で、ハイドレート状態を長時間維持する必要がある。特許文献１に開示されるような従来の技術では、エンジン排熱を利用してハイドレート燃料を溶融させながらガスを取出すことや、ハイドレートが溶融する際の冷熱を利用することのみに着目しており、外部から冷却用エネルギーを供給することなく独立して燃料のハイドレート状態を適切に維持・管理することは考慮されていなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料タンクに貯蔵したハイドレート燃料を冷却するエネルギー源として自己のハイドレート燃料を用い、完結したシステム内において燃料のハイドレート状態を維持可能とする車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システムは、車両に搭載され、ハイドレート状態の燃料を貯蔵する燃料タンクと、上記燃料タンクに連設され、上記燃料タンク内のハイドレート燃料を冷却する冷却手段と、上記冷却手段を駆動する駆動エネルギーを、上記燃料タンク内のハイドレート燃料を用いて生成する冷却駆動エネルギー生成手段と、上記燃料タンク内のハイドレート燃料の温度に基づいて、上記冷却駆動エネルギー生成手段で生成した駆動エネルギーによる上記冷却手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による車両用ハイドレート燃料タンクの冷却システムは、燃料タンクに貯蔵したハイドレート燃料を、自己のハイドレート燃料をエネルギー源として冷却することができ、外部からエネルギーを供給することなく、完結したシステム内で燃料のハイドレート状態を良好に維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は本発明の実施の一形態に係り、図１は燃料システムの全体構成図、図２は燃料冷却制御ルーチンのフローチャートである。
【０００９】
図１に示す燃料システムは、水素ガスや天然ガス等をハイドレート化した燃料を、走行駆動用エネルギー源や電力発生用エネルギー源等に利用する車両に搭載されるものであり、燃料タンク１を冷却して燃料のハイドレート状態を適正に維持可能な冷却システムを含んでいる。本形態においては、燃料タンク１に貯蔵されるハイドレート燃料２は、メタン等の天然ガスをハイドレート化した燃料（ＮＧＨ）であるものとして、ハイドレート燃料２から分離したガスを、走行駆動用のパワーユニット（Ｐ／Ｕ）としてのガスエンジン３に供給すると共に、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池４に供給する例を主として説明する。
【００１０】
燃料タンク１に充填バルブ１ａを介して補給・貯蔵されるハイドレート燃料２は、一定の温度に維持・管理され、コントロールバルブ５を介してガスエンジン３及び燃料電池４に供給される。コントロールバルブ５は、ハイドレートの溶融によって上昇するンク内の圧力を調整する圧力調整弁、溶融・分解したハイドレート燃料から水分を分離する分離器、燃料供給の際にハイドレートの溶融を促進するための加熱器等を一体的に備えるものであり、水分排出用の排出管６と、燃料ガスを供給するための燃料供給管７とが接続されている。ハイドレート燃料２から分離された水分は、排出管６を介して外部に排出或いは所定の容器に貯留され、ハイドレート燃料２から分離された燃料ガスは、燃料供給管７を介してガスエンジン３に供給される共に、天然ガスを水素ガスに改質する改質器８を介して燃料電池４に供給される。
【００１１】
尚、燃料タンク１に貯蔵されるハイドレート燃料２が水素ガスのハイドレートである場合には、改質器８は不要である。また、ガスエンジン３に代えて電動モータをＰ／Ｕとする電気自動車の場合には、燃料供給管７を、Ｐ／Ｕに接続することなく、直接的に（水素ガスの場合）或いは改質器８を介して（天然ガスの場合）、燃料電池４に接続する。
【００１２】
燃料電池４は、ガスエンジン３や各種機器の電源、及び、燃料タンク１の冷却システムの電源として用いられる。燃料タンク１の冷却システムは、燃料タンク１（ハイドレート燃料２）を冷却する冷却手段としての冷却機系、この冷却機系を駆動する駆動エネルギーを、ハイドレート燃料を用いて生成する冷却駆動エネルギー生成手段としての燃料電池４、制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）２０を主として構成されている。
【００１３】
冷却機系は、本形態においては、高圧蒸気の冷媒を液化する凝縮器１０と、高圧冷媒を減圧する膨張弁１１と、燃料タンク１に連設され、冷媒を蒸発させて熱交換する蒸発器１２と、蒸発した冷媒を高圧に圧縮して凝縮器１０に圧送する電動コンプレッサ（ＣＰ）１３とを主として構成される冷媒サイクル系によって構成されており、電動コンプレッサ１３は、ハイドレート燃料を用いて発電する燃料電池４からの電力によって駆動される。すなわち、燃料タンク１の冷却システムは、外部からエネルギーを供給することなく作動させることのできる完結した自己冷却システムとして構成されている。
【００１４】
尚、冷媒サイクル系の電動コンプレッサ１３は、ガスエンジン３によって機械的に駆動されるコンプレッサとすることも可能である。その場合には、燃料タンク１内のハイドレート燃料２で運転されるガスエンジン３の動力の一部が、冷媒サイクル系を駆動する駆動エネルギーとなる。更に、冷却機系として冷媒サイクル系を用いることなく、ペルチェ素子等を用いた電子冷却により、冷却機系を構成しても良い。
【００１５】
冷媒サイクル系の作動は、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（ＥＣＵ）２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、燃料電池４から供給される電源で動作し、燃料電池４の発電を制御する共に、燃料タンク１に取付けられてタンク内温度（ハイドレート燃料の温度）を検出する温度センサ２１からの信号に基づいて、電動コンプレッサ１３及び電動コンプレッサ１３の電源ラインに介装されたリレーＲＹ１，ＲＹ２のＯＮ，ＯＦＦを制御する。
【００１６】
リレーＲＹ１は、電動コンプレッサ１３とリレーＲＹ２との間に介装される１回路開閉型のリレーである。また、リレーＲＹ２は、リレーＲＹ１に直列的に接続され、リレーＲＹ１と燃料電池４とを接続する回路と、リレーＲＹ１と、車両外の外部電源３０を接続可能な接続手段としての外部電源用コネクタ２２とを接続する回路とを切換える２回路切換型のリレーである。
【００１７】
すなわち、リレーＲＹ１の接点を閉じた状態において、リレーＲＹ２の接点を燃料電池４側に切換えると、燃料電池４からの電力によって電動コンプレッサ１３が駆動可能となる。一方、リレーＲＹ２の接点を外部電源用コネクタ２２側に切換えると、電動コンプレッサ１３が外部電源用コネクタ２２を介して外部電源３０に接続可能となり、自己の保有するハイドレート燃料２を消費することなく、車両外の電源によって電動コンプレッサ１３を駆動することができる。
【００１８】
外部電源用コネクタ２２は、ＥＣＵ２０によって接続状態が監視されており、車両を自宅の家庭用電源等の外部電源３０を確保可能な場所に駐車し、外部電源用コネクタ２２を外部電源３０に接続すると、その接続状態がＥＣＵ２０によって検出される。外部電源用コネクタ２２の外部電源３０への接続を検出したＥＣＵ２０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を制御し、電動コンプレッサ１３の駆動電源を自己の燃料電池４から外部電源３０に自動的に切換える。これにより、電動コンプレッサ１３の駆動電源として自己の燃料電池４以外の電源を選択的に使用することができ、燃料節約が可能となる。
【００１９】
次に、以上の燃料タンク１の自己冷却システムの動作について説明する。燃料タンク１の自己冷却システムは、ＥＣＵ２０で実行される図２の燃料冷却制御ルーチンによって制御される。
【００２０】
図２の燃料冷却制御ルーチンは、所定周期毎或いは所定時間毎に実行されるルーチンであり、先ず、最初のステップＳ１で温度センサ２１からの信号を読込んで燃料タンク１内の温度（ハイドレート燃料の温度）Ｔを調べ、燃料冷却用の電動コンプレッサ１３のＯＮ要件が成立するか否かを判断する。電動コンプレッサ１３のＯＮ要件は、具体的には、燃料タンク１内の温度（ハイドレート燃料の温度）Ｔが予め設定された温度閾値Ｔｓｅｔを超えている条件である。
【００２１】
一般に、ハイドレート燃料の分解を完全に止めるには、例えば大気圧下で−８０°Ｃ程度にまで温度を下げる必要があるが、ハイドレート燃料の特性として、この安定境界条件よりはるかに高温・低圧の不安定な条件下でも見かけ上安定に存在できる自己保存性を有することが知られている。従って、電動コンプレッサ１３のＯＮ要件を決定する温度閾値Ｔｓｅｔは、このハイドレート燃料の自己保存性を最も効果的に利用できる温度、例えば、−２０°Ｃに設定されている。
【００２２】
その結果、Ｔ≦Ｔｓｅｔである場合には、ハイドレート状態を良好に維持できるものとして、ステップＳ１からステップＳ７へ分岐し、リレーＲＹ１をＯＦＦ（接点開）として電動コンプレッサ１３をＯＦＦとし、ルーチンを抜ける。尚、リレーＲＹ２は、通常、外部電源側を開放して燃料電池４側に接続されており、外部電源用コネクタ２２が外部電源３０に接続されたことを検出した場合にのみ、外部電源３０側に切換えられる。
【００２３】
一方、Ｔ＞Ｔｓｅｔであり、電動コンプレッサ１３のＯＮ要件が成立する場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進み、外部電源用コネクタ２２の接続状態を調べて外部電源３０の接続の有無を判断する。そして、外部電源３０が接続されていない場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進み、燃料電池４の発電を開始させ、電動コンプレッサ１３の起動分の電力を発電させる。
【００２４】
次に、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、リレーＲＹ２を燃料電池４側に接続した状態でリレーＲＹ１をＯＮ（接点閉）し、ステップＳ６で、電動コンプレッサ１３をＯＮしてルーチンを抜ける。この電動コンプレッサ１３のＯＮにより、冷媒サイクル系が運転され、蒸発器１２を介して燃料タンク１内のハイドレート燃料２が冷却される。
【００２５】
この燃料電池４を介した自己冷却により、燃料タンク１内のハイドレート燃料２が冷却されて温度が低下し、温度閾値Ｔｓｅｔに達すると、本ルーチンが繰返し実行される過程で電動コンプレッサ１３のＯＮ要件が成立と判断され（ステップＳ１）、ステップＳ７で電動コンプレッサ１３の駆動が停止される。この電動コンプレッサ１３の駆動停止により、燃料タンク１の燃料冷却も停止される。
【００２６】
一方、ステップＳ２において、外部電源用コネクタ２２が外部電源３０に接続されたことが検出されると、ステップＳ２からステップＳ５へ進み、リレーＲＹ１をＯＮすると共にリレーＲＹ２を燃料電池４側から外部電源３０側に切換える。これにより、外部電源３０から電動コンプレッサ１３に電源が供給される。
【００２７】
そして、ステップＳ６で電動コンプレッサ１３をＯＮして冷媒サイクル系を運転し、蒸発器１２を介して燃料タンク１内のハイドレート燃料２を冷却する。この外部電源３０による燃料冷却においても、燃料温度が温度閾値Ｔｓｅｔに達すると電動コンプレッサ１３が自動的に停止されることは、前述と同様である。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、燃料タンク１のハイドレート燃料２を冷却する冷却システムを、完結した自己冷却システムとして構成し、燃料タンク１内にハイドレート燃料２が残存する限り、自己の保有するハイドレート燃料２を用いて発電した電力で冷媒サイクル系の電動コンプレッサ１３を駆動することができる。これにより、外部からエネルギー的に独立した状態下においても、燃料タンク１内の燃料のハイドレート状態を長期間に渡って良好に維持することが可能となる。
【００２９】
しかも、本冷却システムの一部に、外部電源用コネクタ２２を備えることにより、長期間の駐車時等には、自己の保有するハイドレート燃料２を消費することなく、電動コンプレッサ１３を家庭用電源等の外部電源３０に接続して駆動することができ、燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】燃料システムの全体構成図
【図２】燃料冷却制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
【００３１】
１  燃料タンク
２  ハイドレート燃料
４  燃料電池（冷却駆動エネルギー生成手段）
１３  電動コンプレッサ（冷却手段）
２０  電子制御装置（制御手段）
２２  外部電源用コネクタ（接続手段）
３０  外部電源
【図１】
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【図２】
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