(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料として走行する特定数の車両に対して水素を供給する水素補給システムであって、該車両に着脱自在で該車両に水素を供給する水素充填容器と、該水素充填容器へ充填するための水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、該水素貯蔵手段に貯蔵するための水素を発生させる水電解装置と、該水電解装置に電力を供給するために商用電力からの電力を供給する電力供給手段と、前記商用電力の電力コスト、前記水素充填容器への水素充填量、及び前記水素貯蔵手段による水素貯蔵量に応じて前記水電解装置の運転を制御するコントローラを備え、前記水素貯蔵手段が複数備えられており、前記水電解装置で発生させた水素の貯蔵と、前記水素充填容器への水素の充填を、異なる水素貯蔵手段において同時に行えることを特徴とする水素補給システム。
【請求項２】
自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置を備え、前記電力供給手段が、該自然エネルギー発電装置からの電力および前記商用電力からの電力を供給するものであることを特徴とする請求項１記載の水素補給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を燃料として走行する車椅子、スクーター、カートなどの車両を特定数だけ管理する際の、該車両への水素補給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動の車椅子やスクーター、カートなどの車両を公共の場所に用意し、高齢者、障害者、ケガ人などのようにスムーズに移動することが困難な人々が、商店街、飲食店、郵便局、役所、図書館、美術館、公園などを自由に移動できるようにする、いわゆるタウンモビリティーシステムが考案され、移動が困難な人々の社会生活を支援する手段として注目されている。
【０００３】
現在、斯かるタウンモビリティーシステム等に使用される車両には、バッテリーとモーターを搭載した電気自動車方式が検討されているが、さらに次世代型としては、燃料電池自動車方式が採用されると考えられる。
燃料電池自動車とは、水素等の燃料ガスと酸素との化学反応で電流を発生させ、その電流でモーターを駆動させて走行するものであり、電気自動車のような長い充電時間を要せず、またエネルギー変換効率が高いといった優れた点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記タウンモビリティーシステムのような場合に使用する車両は、主として重量の軽いものであって、１回の燃料補給によって走行可能な距離も通常の自動車と比べて比較的短くてよいと考えられる。
従って、斯かる車両に必要とされる燃料は少量で良く、また特定数の車両を一括して維持管理することを鑑みれば、一般の燃料電池自動車に対して検討されているような大規模な水素スタンドでの燃料補給には適していない。
【０００５】
そこで、このような場合には、車両を管理する場所に水電解装置を設置し、該水電解装置を用いて必要量だけ水素を発生させ、供給することが好ましい。
ただ、商用電力は、電力負荷平準化という社会的要請があるため、該水電解装置の運転時間を考慮した上で水素供給を行うことが社会的にも望ましいと考えられる。
【０００６】
さらに、省エネルギーの観点からは、自然エネルギーを利用した発電装置を活用し、その電力によって水素供給を行うことが望ましいと考えられる。
しかしながら、該自然エネルギー発電装置は、天候などの諸条件によって変換できる電力が変動しやすく水素発生量も変動するため、毎日一定した量の水素を確保することができないという問題がある。
【０００７】
このような問題点に鑑み、本発明の目的は、特定数の車両による水素使用量に応じて常に最小コストで水素を供給することのできる水素補給システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、特定数の車両による水素使用量に応じた量の水素を供給すると同時に、自然エネルギー発電装置を備えた場合に、天候等の自然条件に影響されることなく常に一定量の水素を確保することのできる水素補給システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、以下の発明を完成させるに至った。
【００１１】
本発明の手段は、水素を燃料として走行する特定数の車両に対して水素を供給する水素補給システムであって、該車両に着脱自在で該車両に水素を供給する水素充填容器と、該水素充填容器へ充填するための水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、該水素貯蔵手段に貯蔵するための水素を発生させる水電解装置と、該水電解装置に電力を供給するために商用電力からの電力を供給する電力供給手段と、前記商用電力の電力コスト、前記水素充填容器への水素充填量、及び前記水素貯蔵手段による水素貯蔵量に応じて前記水電解装置の運転を制御するコントローラを備え、前記水素貯蔵手段が複数備えられており、前記水電解装置で発生させた水素の貯蔵と、前記水素充填容器への水素の充填を、異なる水素貯蔵手段において同時に行えることを特徴とする水素補給システムにある。
【００１２】
斯かる水素補給システムによると、特定数の車両による水素の消費量に応じ且つ供給される電力のコストに応じて、コントローラが所定量の水素を確保するために時間帯を選択して水電解装置を運転させることができる。従って、常に低コストで水素燃料を安定的に供給することができ、電力負荷平準化にも貢献できるものとなる。
また、水素貯蔵手段を備えることにより、水素充填容器が装着されているか否かにかかわらず、水電解装置を起動させて水素を貯蔵することが可能となるため、より安定的に水素補給を行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明の手段は、さらに自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置を備え、前記電力供給手段が、該自然エネルギー発電装置からの電力および前記商用電力からの電力を供給するものであることを特徴とする水素補給システムにある。
【００１４】
斯かる水素補給システムによると、自然エネルギーを水素ガス燃料に変換して有効に利用することができる上、自然条件によって影響されることなく、常に低コストで安定的に水素を利用することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図１は、ｎ台のカートを配備するタウンモビリティーシステムに対する、本発明の水素補給システムの一実施形態を示した概念図である。
該水素補給システムは、ｎ台のカート（図示せず）に着脱可能なｎ個の水素充填容器ＨＣ１〜ＨＣｎと、該ｎ個の水素充填容器に充填するための水素を貯蔵する２つの水素貯蔵装置Ｔ１、Ｔ２と、該水素貯蔵装置Ｔ１、Ｔ２に水素を供給する水電解装置Ｅと、太陽光発電装置ＰＶと、該太陽光発電装置ＰＶあるいは商用電源Ｇからの電力を選択的に前記水電解装置Ｅに接続する電源切り替えスイッチＳと、太陽の日射強度を測定する日射強度計ＳＭと、これらの装置を制御するコントローラＣを備えて構成されている。
また、電力供給側には、必要に応じて整流器やバッテリーが適宜備えられ、水素配管等には必要に応じて他のバルブやポンプ等が備えられるが、ここでは説明の簡略化のために省略するものとする。
【００１７】
水素貯蔵装置Ｔ１およびＴ２は、ｎ台のカートによる１日の平均的な水素使用量を基に余裕率を見込んだ水素貯蔵量を備えたものであり、水素吸蔵合金方式やカーボンナノチューブ方式、あるいは高圧タンク方式等の公知の水素貯蔵手段を採用したものである。中でも、水電解装置による水素の発生圧力を利用して水素を貯蔵できるという点、気体水素や液体水素よりも高い密度で水素を貯蔵することができ貯蔵スペースをコンパクトにできる点、および安全性の点から、水素吸蔵合金方式を使用することが好ましい。水素吸蔵合金としては、例えば、ＬａＮｉ5、ＭｍＮｉ5（Ｍｍ：ミッシュメタルと呼ばれる希土類金属混合物）、ＴｉＦｅなどが挙げられる。本実施形態では、該水素吸蔵合金方式を用いた場合について説明する。
【００１８】
また、水素充填容器は、カート１台に必要な１日分の水素を充填できる充填容量を備えたものであり、前記水素貯蔵装置と同様に貯蔵方式については限定されるものではないが、本実施形態では水素吸蔵合金方式を採用したものについて説明する。
【００１９】
また、水電解装置としては、固体高分子型、あるいはアルカリ型などの公知のものを使用することができる。
【００２０】
また、コントローラＣは、信号線１を介して前記日射強度計ＳＭからの信号を入力し、太陽光発電装置ＰＶによる発電の状況を把握する機能と、商用電力Ｇの利用時間別の電気料金データを記憶する機能と、信号線２によって電源切り替えスイッチＳを切り替える機能と、信号線３によって水電解装置Ｅを運転あるいは停止させる機能と、信号線４によって流量計Ｆ１の測定した発生水素ガス流量を入力する機能と、信号線５〜８を介してバルブＶ１〜Ｖ４をそれぞれ開閉させる機能と、信号線９によって流量計Ｆ２の測定した使用水素ガス流量を入力する機能と、信号線１０を介して水素充填容器の着脱を検知する機能と、信号線１１を介して水素充填容器ＨＣ１〜ＨＣｎの水素充填量を検知する機能を備える。
【００２１】
斯かるコントローラＣを備えた該水素補給システムの運転について説明すると、まず、日中に、太陽光が照射されることによって太陽光発電装置ＰＶが発電を開始すると、コントローラＣは電源切り替えスイッチＳが該太陽光発電装置ＰＶを選択するよう信号を送り、発生した電力は該電源切り替えスイッチＳを介して水電解装置Ｅに供給され、該水電解装置Ｅを起動させることによって水を電気分解して水素ガスを生成させる。生成された水素ガスは、いずれか一方の水素貯蔵装置（例えば、Ｔ２とする）に貯蔵するために、流量計Ｆ１、バルブＶ２を介して送られる。
【００２２】
他方の水素貯蔵装置Ｔ１には、前日に生成された所定量の水素が貯蔵されており、利用者が前日に使用した水素充填容器ＨＣ１〜ＨＣｎを装着すると、コントローラＣがこれを検知し、バルブＶ３を開いて水素ガスを供給する。水素吸蔵合金方式の水素貯蔵装置Ｔ１であれば、例えば装置の外側に温水を供給して加熱することにより、水素の放出を促進させることができる。
全ての水素充填容器に水素が充填され、終了すると各バルブが閉じられる。
【００２３】
ここで、高圧ガス関連法規を考慮すると、前記水電解装置によって発生させる水素の圧力はゲージ圧力で１ＭＰａ未満となるよう、例えば０．９ＭＰａとすることが好ましい。また、水素貯蔵容器からの水素の放出圧力は同０．５ＭＰａ程度、水素充填容器への供給圧力は同０．３ＭＰａ程度、カートに搭載された燃料電池への水素の供給圧力は同０．１ＭＰａ程度とすることが好ましい。
【００２４】
そして、翌日には、水素充填容器ＨＣ１〜ＨＣｎをカートに装着して利用するとともに、使用済みの水素充填容器を本水素補給システムに装着し、同様にして水素貯蔵装置Ｔ２より水素を充填させる。
【００２５】
このように、本実施例の水素補給システムでは、水素を貯蔵する側の水素貯蔵装置（例えばＴ２）と、貯蔵された水素を利用する側の水素貯蔵装置（例えばＴ１）とを１日毎に交互に切り替えることによって、水素貯蔵と水素供給とを同時に行うことができるよう運転される。
【００２６】
ここで、前記電力供給手段のうちの太陽光発電装置ＰＶからの電力についてみれば、該電力は、太陽の日射量は日照時間や天候の変化に大きく影響され、日毎に増減して常に一定ではない。
そこで、前記コントローラＣは、流量計Ｆ１によって日中に発生した水素量を測定した結果、予定された水素貯蔵量を満たさないと判断した場合には、その不足量を認識した上で、予め入力された電力料金データに基づき最も電力料金が安価になる時間帯を選択して、前記不足量を補うだけの水素を発生させるよう前記水電解装置Ｅを起動させる。
商用電力Ｇが、時間帯によって例えば昼、夜、深夜の３段階の料金設定となっている場合には、最も安価な時間帯を優先的に選択して水素の貯蔵を行う。
【００２７】
例えば、天候が曇りであり、日没までに測定された水素発生量が所定量の２０％である場合には、残りの８０％を商用電力Ｇによって補う必要がある。そこで、コントローラＣは、電力料金の安価な夜間に、電源切り替えスイッチＳを商用電力Ｇに切り替え、その電力を利用して水電解装置Ｅを運転させて水素を発生させる。
【００２８】
また、本実施例では日射強度計ＳＭを備えているため、その時間の日照量を観測することでその日の発電量、即ち水素発生量を予測することが可能であるため、随時商用電力Ｇに切り替えることもできる。
従って、料金が最も安価な深夜電力のみでは、所定の水素量を確保することができないと判断した場合には、該深夜電力に限らずに次に安価な夜間電力を利用するように運転を制御することができる。
【００２９】
さらに、１日毎に水素貯蔵装置を切り替えて使用する場合には、流量計Ｆ２により、前日に使用された水素量を計測することによって、水素貯蔵装置に残存した水素量を推定することができ、翌日に水電解装置を運転させるべき最小時間を求めることができる。例えば、前日に使用した水素量が、水素貯蔵量の６０％であれば、約４０％の水素が水素貯蔵装置に残っていると推定されるため、翌日にはその不足分である６０％の貯蔵量を満たすだけの水素が必要となる。従って、予め水電解装置の必要運転時間を認識した上で、最も低コストとなる時間を選択して運転を行うことが可能となる。
【００３０】
また、本実施例では、水素充填容器の装着部が水素充填容器の数と同じ数だけ設けられているが、本発明はこれに限定されることなく容器の容量や数、あるいは余裕率を考慮して適宜変更することができる。
さらに、前記コントローラＣによる制御についても、水素貯蔵装置の容量や水電解装置の能力等によって、種々の制御方式が可能であり、さらに、学習機能をもたせることによって、より最適な制御を行うことも可能である。
【００３１】
以上のような水素補給システムによれば、タウンモビリティーシステム等に使用する所定台数のカートに必要な所定量の水素を、季節や天候によって日々変化する日照時間等に影響されることなく、毎日供給することが可能となる。
【００３４】
尚、上述した実施形態においては、自然エネルギー発電装置として太陽光発電装置を用いた場合について説明したが、これに代えて、あるいはこれと併用させて、風力発電装置等の他の自然エネルギー発電装置を使用することも可能である。
【００３５】
また、本発明は、斯かる自然エネルギー発電装置を使用せず商用電力のみを用いた場合にも有効であり、コントローラに入力された電力料金データ及び特定数の車両に使用される水素量に基づき、利用形態に応じて常に最少のコストで水素を供給することが可能となる。
【００３６】
本発明は、前記タウンモビリティーシステムのほか、ゴルフ場やリゾートホテル等で使用されているカート、あるいは動物園や遊園地等の娯楽施設で使用されている電気自動車など、種々の車両管理システムに対して適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、商用電力のみを用いた場合には、個々の利用形態に応じて最少のコストで水素を供給することが可能となる。
【００３８】
また、自然エネルギー発電装置を使用した場合には、天候等の自然条件に影響されることなく常に所定量の水素燃料を使用することができ、利便性および信頼性の高い水素補給システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素補給システムの一実施形態を示した概略図。
【符号の説明】
ＳＭ…日射強度計、Ｃ…コントローラ、ＰＶ…太陽光発電装置、Ｇ…商用電力、Ｓ…電源切り替えスイッチ、Ｅ…水電解装置、Ｔ１、Ｔ２…水素貯蔵装置、ＨＣ１〜ＨＣｎ…水素充填容器
【図１】
0004793892.tif 000002