(57)【要約】【課題】車両に搭載されている燃料電池に適合した付臭剤を添加した水素ガスを貯蔵することが可能な車載水素貯蔵装置を提供することを課題とする。【解決手段】車載水素貯蔵装置１であって、水素ガスの充填口６から燃料電池２に供する水素を貯蔵する貯蔵手段７までを接続する水素ガス充填通路８と、前記貯蔵手段７内と前記水素ガス充填通路８内の少なくとも一方の水素ガスに対して付臭剤を供給する付臭剤供給手段１２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスの充填口から燃料電池に供する水素を貯蔵する貯蔵手段までを接続する水素ガス充填通路と、
前記貯蔵手段内と前記水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスに対して付臭剤を供給する付臭剤供給手段と、
を備える車載水素貯蔵装置。
【請求項２】
前記貯蔵手段に充填される水素ガスの流量を取得する取得手段と、
前記水素ガスの流量に応じた付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、
を更に備える請求項１に記載の車載水素貯蔵装置。
【請求項３】
前記貯蔵手段に充填される水素ガスの積算流量を取得する取得手段と、
前記水素ガスの積算流量に応じた量の付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、
を更に備える請求項１に記載の車載水素貯蔵装置。
【請求項４】
水素ガスの充填時における前記貯蔵手段内の圧力の変化率である圧力上昇率を取得する取得手段と、
前記貯蔵手段内の圧力上昇率に応じた量の付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、
を更に備える請求項１に記載の車載水素貯蔵装置。
【請求項５】
水素ガスの充填によって上昇した前記貯蔵手段内の圧力の変動量である圧力変動量を取得する取得手段と、
前記貯蔵手段内の圧力変動量に応じた量の付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、
を更に備える請求項１に記載の車載水素貯蔵装置。
【請求項６】
前記付臭剤供給手段は、
通電により開弁し、前記貯蔵手段内と前記水素ガス充填通路内の少なくとも一方に付臭剤を供給する電磁弁
を有する請求項１〜５の何れかに記載の車載水素貯蔵装置。
【請求項７】
前記付臭剤供給手段は、
前記貯蔵手段内と前記水素ガス充填通路内の少なくとも一方に向けて開口されたノズルと、
前記ノズルの中間部に設けられ、通電により発熱して前記ノズル内に満たされた液状の付臭剤内に気泡を発生させ、該気泡より前記ノズルの先端側に位置する付臭剤を前記ノズルの先端から噴射させるヒータと、
前記ノズルの先端部に設けられ、通電時には収縮して前記ノズルの先端を開口させると共に、非通電時には膨張して前記ノズルの先端を閉塞するピエゾ素子と、
を有する請求項１〜５の何れかに記載の車載水素貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載水素貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素とを電気化学反応させて発電を行う。燃料電池自動車は、車両に搭載した燃料電池から供給される電力で走行用モータを駆動させて走行する。
【０００３】
燃料電池の燃料ガスである水素は無臭である。このため、付臭剤が添加されていない水素ガスが燃料電池自動車に補給された場合、水素ガスが漏洩しても発見するのが困難である。そこで、燃料電池自動車に用いられる水素ガスには、付臭剤が添加されている（例えば、特許文献１、２を参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１１１１６７号公報
【特許文献２】特開２００２−２９７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池自動車は、水素ガスを定期的に補給する必要がある。しかし、水素ガスを供給する水素供給ステーションによっては、付臭剤を添加しないで水素ガスを供給している場合がある。また、水素ガスに添加されている付臭剤が、車両に搭載されている燃料電池に適合しない場合がある。適切な付臭剤が添加されていない水素ガスを燃料電池自動車に補給した場合、例えば、水素ガスを貯蔵するタンク等からの漏洩があった場合に発見が困難となったり、燃料電池の動作に悪影響を及ぼす恐れがある。従って、ユーザは、適切な付臭剤が添加されている水素ガスを供給する水素供給ステーションを探す必要がある。
【０００５】
本発明は、上記した問題に鑑み、車両に搭載されている燃料電池に適合した付臭剤を添加した水素ガスを貯蔵することが可能な車載水素貯蔵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、車両に搭載される車載水素貯蔵装置であって、貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスに対して付臭剤を供給するようにした。これによれば、車両に搭載されている燃料電池に適合した付臭剤を添加した水素ガスを貯蔵することが可能となる。
【０００７】
詳細には、車載水素貯蔵装置であって、水素ガスの充填口から燃料電池に供する水素を貯蔵する貯蔵手段までを接続する水素ガス充填通路と、前記貯蔵手段内と前記水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスに対して付臭剤を供給する付臭剤供給手段と、を備える。
【０００８】
上述の車載水素貯蔵装置は、水素ガスに付臭剤を供給する付臭剤供給手段を備える。ここで、付臭剤供給手段は、貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスに対して、車両に搭載されている燃料電池に適合した付臭剤を供給する。水素ガスに所望の付臭剤を添加した状態で貯蔵手段に貯蔵するには、貯蔵手段内の水素に直接付臭剤を注入するか、或いは、その上流側の水素に付臭剤を注入すればよいからである。
【０００９】
ここで、上記の車載水素貯蔵装置は、前記貯蔵手段に充填される水素ガスの流量を取得する取得手段と、前記水素ガスの流量に応じた付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給
手段の動作を制御する制御手段と、を更に備えるようにしてもよい。
【００１０】
即ち、水素ガスに添加する付臭剤が一定の濃度になるようにするため、貯蔵手段に供給される水素ガスの流量に応じて付臭剤を供給するようにする。これにより、水素ガスに一定の濃度で付臭剤を添加することが可能になる。
【００１１】
ここで、上記の車載水素貯蔵装置において、前記貯蔵手段に充填される水素ガスの積算流量を取得する取得手段と、前記水素ガスの積算流量に応じた量の付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、を更に備えるようにしてもよい。
【００１２】
即ち、貯蔵手段に補給される水素ガスの量に応じて付臭剤を添加するようにするため、貯蔵手段に供給される水素ガスの積算流量に応じて付臭剤を供給するようにする。これにより、補給される水素ガスの量に応じた付臭剤を水素ガスに添加することが可能になる。
【００１３】
ここで、上記の車載水素貯蔵装置において、水素ガスの充填時における前記貯蔵手段内の圧力の変化率である圧力上昇率を取得する取得手段と、前記貯蔵手段内の圧力上昇率に応じた量の付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、を更に備えるようにしてもよい。
【００１４】
即ち、水素ガスに添加する付臭剤が一定の濃度になるようにするため、貯蔵手段内の圧力上昇率に応じて付臭剤を供給するようにする。これにより、水素ガスに一定の濃度で付臭剤を添加することが可能になる。
【００１５】
ここで、上記の車載水素貯蔵装置において、水素ガスの充填によって上昇した前記貯蔵手段内の圧力の変動量である圧力変動量を取得する取得手段と、前記貯蔵手段内の圧力変動量に応じた量の付臭剤が供給されるように前記付臭剤供給手段の動作を制御する制御手段と、を更に備えるようにしてもよい。
【００１６】
即ち、貯蔵手段に補給される水素ガスの量に応じて付臭剤を添加するようにするため、貯蔵手段内の圧力変動量に応じて付臭剤を供給するようにする。これにより、補給される水素ガスの量に応じた付臭剤を水素ガスに添加することが可能になる。
【００１７】
ここで、前記付臭剤供給手段は、通電により開弁し、前記貯蔵手段内と前記水素ガス充填通路内の少なくとも一方に付臭剤を供給する電磁弁を有するようにしてもよい。
【００１８】
即ち、貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスに付臭剤を供給するため、電磁弁の開閉動作により付臭剤が供給されるようにする。これにより、電磁弁を開弁することで付臭剤を水素ガスに供給することが可能になる。
【００１９】
ここで、前記付臭剤供給手段は、前記貯蔵手段内と前記水素ガス充填通路内の少なくとも一方に向けて開口されたノズルと、前記ノズルの中間部に設けられ、通電により発熱して前記ノズル内に満たされた液状の付臭剤内に気泡を発生させ、該気泡より前記ノズルの先端側に位置する付臭剤を前記ノズルの先端から噴射させるヒータと、前記ノズルの先端部に設けられ、通電時には収縮して前記ノズルの先端を開口させると共に、非通電時には膨張して前記ノズルの先端を閉塞するピエゾ素子と、を有するようにしてもよい。
【００２０】
即ち、水素ガスに供給する付臭剤の量を調整可能なようにするため、付臭剤供給手段にいわゆるサーマルジェット方式を採用する。該付臭剤供給手段は、貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスに付臭剤を注入するためのノズルの中間部に、液状の付臭剤を気化させて気泡を発生させるヒータを備える。該ヒータを通電することによ
り、ノズル内に満たされている付臭剤の一部が気化して気泡となる。ノズル内で気泡が発生することにより、気泡よりもノズルの先端側に位置していた付臭剤がノズルの先端から貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方に押し出される。ここで、ヒータの発熱時間や発熱量を調整してやると、付臭剤の貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方への供給量が変化する。これにより、貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスへの付臭剤の供給量を調整することが可能になる。
【００２１】
なお、付臭剤非注入時にノズル内の残留付臭剤が貯蔵手段内へ流出するのを防止する必要がある。そこで、ノズルの先端部にピエゾ素子を設ける。ピエゾ素子は、非通電時には膨張し、通電時には収縮する特性を有するものである。ピエゾ素子への通電を制御することにより、ノズルの先端部を開閉するようにする。これにより、貯蔵手段内と水素ガス充填通路内の少なくとも一方の水素ガスへ付臭剤を供給しない場合は、ノズルの先端部を閉塞せしめて付臭剤の流出を防ぎ、且つ付臭剤の硬化を防ぐことが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
車両に搭載されている燃料電池に適合した付臭剤を添加した水素ガスを貯蔵することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されない。
【００２４】
＜実施形態＞
図１は、本発明に係る車載水素貯蔵装置１と燃料電池２を搭載した燃料電池自動車３、及び燃料電池自動車３に燃料ガスである水素を供給する水素供給ステーション４の全体概略図である。図１において示すように、水素供給ステーション４から出た水素ガスホース５は、車載水素貯蔵装置１の水素ガスの充填口６に接続されている。また、車載水素貯蔵装置１には燃料電池２が連結されている。
【００２５】
図２は、車載水素貯蔵装置１の構成図である。車載水素貯蔵装置１には、水素ガスを貯蔵する水素ガスタンク７（本発明でいう「貯蔵手段」に相当。）が設けられている。水素ガスタンク７には、水素ガスを補給するための充填口（受入口）６が配管８（本発明でいう「水素ガス充填通路」に相当。）を介して設けられている。配管８の途中には、水素ガスタンク７から充填口６へ水素ガスが逆流するのを防ぐ逆止弁９と、水素ガスの流れを検知する流量計１０（本発明でいう「取得手段」の一つに相当。）と、が設けられている。配管８には、付臭装置１１（本発明でいう「付臭剤供給手段」に相当。）が設けられている。また、水素ガスタンク７の下流側には、燃料電池２が配管（水素ガス供給通路）８Ａを介して接続されている。
【００２６】
なお、付臭装置１１は、電磁弁１２と付臭剤貯留タンク（付臭剤貯留部）１３とにより構成されている。また、付臭剤貯留タンク１３には、燃料電池２に適合した付臭剤が予め貯留されている。
【００２７】
制御装置１４は、流量計１０と付臭装置１１とに繋がれており、流量計１０からの信号に応じて付臭装置１１を制御（電磁弁１２の開閉。）する。制御装置１４は、電気的な回路により構成してもよいし、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）等を備えたコンピュータにより構成してもよい。
【００２８】
以下、上記のように構成された車載水素貯蔵装置１の制御方法について、図３のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
車載水素貯蔵装置１が起動されると、制御装置１４は、水素供給ステーション４から水素ガスが供給されているか否かを流量計１０によって確認する（Ｓ１０１）。流量計１０によって流量を検知すると、付臭装置１１の電磁弁１２を開弁して付臭剤の注入を開始する（Ｓ１０２）。
【００３０】
制御装置１４は、Ｓ１０２において電磁弁１２を開弁して付臭剤の注入を開始したのち、流量計１０により水素供給ステーション４から水素ガスが供給され続けているか否かを確認する（Ｓ１０３）。流量が検知されている間は水素ガスが供給されていると判断し、付臭剤を注入し続ける。一方、流量が検知されなくなると、付臭装置１１の電磁弁１２を閉弁して付臭剤の注入を停止する（Ｓ１０４）。
【００３１】
以上により、本実施形態に係る車載水素貯蔵装置１によれば、燃料電池自動車３に搭載されている燃料電池２に適合した付臭剤を添加した水素ガスを水素ガスタンク７の内部に貯蔵することが可能になる。水素ガスタンク７の内部に付臭剤を添加した状態で水素ガスを貯蔵するため、水素ガスタンク７よりも下流側で付臭剤を添加する場合に比べて広範囲の漏洩を検出することが可能になる。
【００３２】
＜変形例１＞
上述した実施形態においては、配管８の途中に流量計１０を設けることで水素ガスの流れを検知していたが、上記実施形態は、図４において示すように、水素ガスタンク７に圧力計１５を設けることで水素ガスの補給を検知するようにしてもよい。これによれば、流量計１０を省略することが可能になる。
【００３３】
＜変形例２＞
また、上述した実施形態においては、図２において示すように配管８の途中に付臭装置１１を設けていた。しかしながら、本実施形態は、図４において示すように、水素ガスタンク７に付臭装置１１と同様の構成からなる付臭装置１６を直接設け、水素ガスタンク７内に付臭剤を直接注入するようにしてもよい。これによれば、配管８に付臭装置１１を取り付けることができない場合でも水素ガスに付臭剤を添加することが可能になる。
【００３４】
＜変形例３＞
また、上述した実施形態においては補給される水素ガスの流量等に関係なく付臭剤を添加していたが、補給される水素ガスの流量等に比例するように付臭剤の添加量を調整してもよい。
【００３５】
例えば、図５において示すように、流量計１０によって検知される水素ガスの流量（図５における「水素流量」に相当。）と水素ガスに添加される付臭剤の量（図５における「付臭剤添加量」に相当。）とが正比例するようにしてもよい。また、図６において示すように流量計１０によって検知される水素ガスの流量の積算値（図６における「水素充填量」に相当。）と水素ガスに添加される付臭剤の量（図６における「付臭剤全添加量」に相当。）とが正比例するようにしてもよい。また、図７において示すように圧力計１５によって検知される水素ガスの圧力上昇率と添加される付臭剤の量（図７における「付臭剤添加量」に相当。）とが正比例するようにしてもよい。また、図８において示すように圧力計１５によって検知される水素ガスの圧力変動量と添加される付臭剤の量（図８における「付臭剤全添加量」に相当。）とが正比例するようにしてもよい。このように、流量や圧力に比例するようにして付臭装置１１を制御し、添加する付臭剤の注入量を調整する。付臭剤の注入量の調整は、例えば、電磁弁１２を小刻みに開閉動作させてその開閉時間を変化させたりすることで実現可能である。
【００３６】
このような構成によれば、補給される水素ガスの量に応じた付臭剤を水素ガスに添加することが可能であり、また、水素ガスに添加する付臭剤を一定の濃度にすることが可能になる。
【００３７】
＜変形例４＞
また、上述した実施形態において、付臭装置１１は電磁弁１２の開閉により付臭剤を注入していたが、次のようにしてもよい。即ち、図９に示すように、配管８と付臭剤貯留タンク１３との間に、配管８に向けて開口されたノズル１７を設ける。そして、ノズル１７内にある液状の付臭剤を気化させるヒータ１８を設ける。そして、図３におけるＳ１０２の際にはヒータ１８を通電する。これにより、図１０において示すように、該ノズル１７内の液状の付臭剤が気化して気泡１９の状態となるため、付臭剤がノズル１７の先端から配管８内に噴射される。いわゆるサーマルジェット方式と呼ばれるインジェクターである。これにより、配管８内への付臭剤の供給量を調整することが可能になる。なお、インジェクターのヒータ１８の通電時間を変化させたり或いは通電する電流の量を変化させることにより気泡の大きさを変化させ、付臭剤の注入量を調整することが可能である。これは、上述した変形例３のように、水素ガスの量に応じた付臭剤を添加する際、特に好適である。なお、本変形例は、水素ガスタンク７に直接接続されている付臭装置１６に適用してもよい。
【００３８】
なお、図９において示すように、ノズル１７の先端には、通電時には収縮して該ノズル１７の先端を開口させると共に、非通電時には膨張して該ノズル１７の先端を閉塞するピエゾ素子からなる弁２０が設けられている。付臭剤を注入しない場合に、ノズル１７の先端から配管８側に付臭剤が流出したり、ノズル１７の先端付近で付臭剤が硬化するのを防止するためである。付臭剤を添加しないときには弁２０の通電を停止してノズル１７の先端を閉塞させ、付臭剤を添加するときには弁２０を通電してノズル１７の先端を開口させるように制御する。なお、通電を停止すると閉塞する弁は、一般的に、ノーマルクローズ機能の弁と呼ばれる。
【００３９】
＜変形例５＞
付臭装置１１内に貯留されている付臭剤の圧力（即ち、付臭剤貯留タンク１３内の圧力。）が配管８や水素ガスタンク７内の水素ガスの圧力よりも低い場合、付臭剤が水素ガスに注入されない。そこで、付臭剤貯留タンク１３内の圧力が配管８や水素ガスタンク７内の水素ガス圧力よりも低くならないようにするため、図９において示すように、均圧配管２１により付臭剤貯留タンク１３内と水素ガスとが連通状態になるようにしてもよい。また、均圧配管２１には、付臭剤が付臭剤貯留タンク１４から配管８や付臭剤貯留タンク１３へ逆流するのを防ぐため、逆止弁２２を備えるようにする。これにより、付臭剤貯留タンク１３内の圧力が配管８や水素ガスタンク７内の水素ガスの圧力よりも低くなることがないため、貯留されている付臭剤を配管８や水素ガスタンク７内に容易に注入することが可能になる。なお、本変形例は、水素ガスタンク７に直接接続されている付臭装置１６に適用してもよい。また、逆止弁２２の代わりに、水素のみを透過して付臭剤の成分を透過しない水素透過膜を設けてもよい。これによれば、水素補給を繰り返しても付臭剤貯留タンク１３内に残圧が残らない。
【００４０】
＜変形例６＞
また、上述した実施形態において、制御装置１４は、車載水素貯蔵装置１内に設けられた流量計１０や圧力計１５により水素供給ステーション４からの水素ガスの補給を検知するようにしていたが、上記実施形態は以下のように変形してもよい。即ち、図４において示すように、水素供給ステーション４内に設けられた流量計２３で検知した水素ガスの流量を通信装置２４と通信回線２５を介して取得するようにする。これにより、車載水素貯蔵装置１内に流量計１０や圧力計１５を設けなくても済む。なお、通信装置２４に水素供給
ステーション４内の水素ガスの付臭剤等の添加物の成分データを記憶させておき、制御装置１４がこれを取得するようにしてもよい。そして、補給される水素ガスに付臭剤が添加されていない場合や、適切な付臭剤が添加されていない場合、または所望の量の付臭剤が添加されていない場合に、制御装置１４が付臭装置１１、１６を制御して付臭剤を注入する。これにより、水素ガスタンク７に貯蔵する水素ガスに適切な付臭剤を添加することが可能になる。
【００４１】
＜変形例７＞
また、上述した実施形態は付臭装置１１、１６を用いることで、燃料電池自動車３に搭載されている燃料電池２に適合した付臭剤を添加していた。しかしながら、燃料電池２に最も適した付臭剤の成分データを制御装置１４から通信装置２４に通知し、水素供給ステーション４内に設けられた添加されている付臭剤の成分が異なる複数の水素タンク２５、２６のうち、燃料電池２に最も適した付臭剤が添加されている水素タンクから水素ガスを水素ガスタンク７に充填するようにしてもよい。これによれば、車載水素貯蔵装置に付臭装置１１を設けなくてよいし、燃料電池２に最も適した水素ガスを補給することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態に係る車載水素貯蔵装置を搭載した燃料電池自動車、及び水素供給ステーションの概略図である。
【図２】実施形態に係る車載水素貯蔵装置の構成図である。
【図３】実施形態に係る車載水素貯蔵装置の制御フローチャートである。
【図４】変形例に係る車載水素貯蔵装置の構成図である。
【図５】変形例に係る付臭剤添加量と水素流量との関係を示すグラフである。
【図６】変形例に係る付臭剤全添加量と水素充填量との関係を示すグラフである。
【図７】変形例に係る付臭剤添加量と圧力上昇率との関係を示すグラフである。
【図８】変形例に係る付臭剤全添加量と圧力変動量との関係を示すグラフである。
【図９】変形例に係る付臭装置の構成図である。
【図１０】変形例に係る付臭装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・・・・・・・・・・車載水素貯蔵装置
２・・・・・・・・・・・・燃料電池
３・・・・・・・・・・・・燃料電池自動車
４・・・・・・・・・・・・水素供給ステーション
５・・・・・・・・・・・・水素ガスホース
６・・・・・・・・・・・・充填口
７・・・・・・・・・・・・水素ガスタンク
８、８Ａ・・・・・・・・・配管
９、２２・・・・・・・・・逆止弁
１０、２３・・・・・・・・流量計
１１、１６・・・・・・・・付臭装置
１２・・・・・・・・・・・電磁弁
１３・・・・・・・・・・・付臭剤貯留タンク
１４・・・・・・・・・・・制御装置
１５・・・・・・・・・・・圧力計
１７・・・・・・・・・・・ノズル
１８・・・・・・・・・・・ヒータ
１９・・・・・・・・・・・気泡
２０・・・・・・・・・・・弁
２１・・・・・・・・・・・均圧配管
２４・・・・・・・・・・・通信装置
２５・・・・・・・・・・・通信回線
【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】
2008024541.tif 000008
【図７】
2008024541.tif 000009
【図８】
2008024541.tif 000010
【図９】
2008024541.tif 000011
【図１０】
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