(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料補給ステーションにおいて、
可搬式エンクロージャと、
ライン内部に水素が流れる少なくとも１個の供給ラインと、
前記エンクロージャ内で、前記少なくとも１個の供給ラインに接続した少なくとも１個のコンプレッサ手段と、
前記エンクロージャ内で、前記少なくとも１個のコンプレッサ手段の下流域で前記少なくとも１個の供給ラインに接続した１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクと、
前記少なくとも１個の供給ラインに接続した少なくとも１個の制御バルブと、
前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクからの水素を分配できるようにした少なくとも１個の可逆式のコネクタと、
前記少なくとも１個の可逆式のコネクタを介して前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクから分配された水素が流れることができる少なくとも１個の冷却手段と、
前記少なくとも１個の制御バルブのうち少なくとも一つ、または少なくとも１個のコンプレッサ手段のうち少なくとも一つを制御し、水素燃料補給ステーション内の水素の流れに作用する少なくとも１個システムコントローラと
を具えたことを特徴とする移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２】
少なくとも１個のコンプレッサ手段の各々は、コンプレッサおよび増圧器よりなるグループから選択したものとした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項３】
各コンプレッサ手段にオイル冷却増圧器を設けた請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項４】
少なくとも１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクを、少なくとも１２，０００ｐｓｉの定格破裂圧力を有するタンクとした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項５】
１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクを、少なくとも３，５００グラムの水素を貯蔵できるタンクとした請求項２記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項６】
水素燃料補給ステーションの全備重量を約１８１４．４ｋｇ（約４，０００ポンド）以下とした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項７】
１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクを、少なくとも７，５００グラムの水素を貯蔵できるタンクとした請求項２記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項８】
水素燃料補給ステーションの全備重量を約２４９４．８ｋｇ（５，５００ポンド）以下とした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項９】
少なくとも１個の冷却手段の各々は、熱交換器、冷却器およびラジエータよりなるグループから選択した請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１０】
前記可搬式エンクロージャをトレーラーとした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１１】
水素燃料補給ステーションにおいて、
可搬式エンクロージャと、
前記エンクロージャ内に配置した１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクと、
少なくとも１個の水素貯蔵タンクからの水素を分配できる少なくとも１個の可逆式のコネクタと、
少なくとも１個の制御バルブと、
前記少なくとも１個の可逆式のコネクタを介して前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクから分配された水素が流れることができる少なくとも１個の冷却手段と、
前記少なくとも１個の制御バルブを制御し、前記可逆式のコネクタへの水素の流れに作用する少なくとも１個システムコントローラと
を具えたことを特徴とする移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１２】
前記可搬式エンクロージャをトレーラーとした請求項１１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１３】
少なくとも１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクを、少なくとも２２，５００ｐｓｉの定格破裂圧力を有するタンクとした請求項１１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１４】
１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクを、少なくとも３５グラムの水素を貯蔵できるタンクとした請求項１１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１５】
少なくとも１個の冷却手段の各々は、熱交換器、冷却器およびラジエータよりなるグループから選択した請求項１１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１６】
水素燃料補給ステーションにおいて、
可搬式エンクロージャと、
ライン内部に水素が流れる少なくとも１個の供給ラインと、
少なくとも１個の水素生成ユニットおよび水素冷却ユニット（５０４）を有し、前記供給ラインに一方の端部を接続した水素生成サブシステムと、
前記エンクロージャ内で、前記水素生成サブシステムの下流域において前記少なくとも１個の供給ラインに接続した少なくとも１個のコンプレッサ手段と、
前記エンクロージャ内で、前記少なくとも１個のコンプレッサ手段の下流域において前記少なくとも１個の供給ラインに接続した１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクと、
前記少なくとも１個の供給ラインに接続した少なくとも１個の制御バルブと、
前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクからの水素を分配できるようにした少なくとも１個の可逆式のコネクタと、
前記水素生成サブシステムにおける前記水素冷却手段とは別個の少なくとも１つの冷却手段であって、前記少なくとも１個の可逆式のコネクタを介して前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクから分配された水素が流れることができる少なくとも１個の冷却手段（３００）と、
前記少なくとも１個の制御バルブ、少なくとも１個のコンプレッサ手段、前記水素生成サブシステムを制御し、水素燃料補給ステーション内の水素の流れに作用する少なくとも１個システムコントローラと
を具えたことを特徴とする移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１７】
前記可搬式エンクロージャをトレーラーとした請求項１６記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１８】
前記水素生成ユニットをＫＯＨ電解装置とした請求項１６記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項１９】
前記水素冷却ユニットを閉ループクーラーとした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２０】
さらに、前記少なくとも１個の供給ラインに接続した加圧不活性ガスタンクを設け、前記供給ラインに不活性ガスを導入して供給ラインおよび／または可逆コネクタの少なくとも一部をパージする構成とした請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２１】
さらに、前記少なくとも１個の供給ラインに接続した加圧不活性ガスタンクを設け、前記供給ラインに不活性ガスを導入して供給ラインおよび／または可逆コネクタの少なくとも一部をパージする構成とした請求項９記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２２】
さらに、前記少なくとも１個の供給ラインに接続した加圧不活性ガスタンクを設け、前記供給ラインに不活性ガスを導入して供給ラインおよび／または可逆コネクタの少なくとも一部をパージする構成とした請求項１４記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２３】
さらに、前記少なくとも１個の供給ラインに接続した加圧不活性ガスタンクを設け、前記供給ラインに不活性ガスを導入して供給ラインおよび／または可逆コネクタの少なくとも一部をパージする構成とした請求項１６記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２４】
水素燃料補給ステーションにおいて、
可搬式エンクロージャと、
ライン内部に水素が流れる少なくとも１個の供給ラインと、
少なくとも１個の水素生成ユニットおよび水素冷却ユニット（５０４）を有し、前記供給ラインに一方の端部を接続した水素生成サブシステムと、
前記エンクロージャ内で、前記少なくとも１個の供給ラインに接続した少なくとも１個のコンプレッサ手段と、
前記エンクロージャ内で、前記少なくとも１個のコンプレッサ手段の下流域において前記少なくとも１個の供給ラインに接続した１個またはそれ以上の水素貯蔵タンクと、
前記少なくとも１個の供給ラインに接続した少なくとも１個の制御バルブと、
前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクからの水素を分配できるようにした少なくとも１個の可逆式のコネクタと、
前記水素生成サブシステムにおける前記水素冷却手段とは別個の少なくとも１つの冷却手段であって、前記少なくとも１個の可逆式のコネクタを介して前記少なくとも１個の水素貯蔵タンクから分配された水素が流れることができる少なくとも１個の冷却手段（３００）と、
前記少なくとも１個の制御バルブ、または少なくとも１個のコンプレッサ手段を制御し、水素燃料補給ステーション内の水素の流れに作用する少なくとも１個システムコントローラと、
前記水素生成サブシステムを制御する第２システムコントローラと
を具えたことを特徴とする移動式水素燃料補給ステーション。
【請求項２５】
さらに、前記供給ラインの少なくとも一部でパージを行う不活性ガスを設けた請求項１記載の移動式水素燃料補給ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を貯蔵し、所望に応じて水素を釈放するための再充填可能装置に関するものである。とくに、この装置は、エネルギ生成もしくは輸送産業で使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
水素の経済性は、国家的な展望に入ってきている。「水素は、アメリカが今日直面している２つの大きなエネルギ問題：石油輸入に対する依存度を減少すること、および汚染および温室効果を招くガス放出の減少することの問題を解決する潜在性を有する。水素は、アメリカのエネルギの未来に重要性が増す役割を演ずることができるであろうという一般的な同意が存在する。水素は、アメリカの未来を解決するエネルギキャリヤである。」（合衆国エネルギ省により２００１年１１月１５〜１６日ワシントンＤＣで開催された国家的水素展望会議の結果まとめられた２００２年２月の報告に基づく２０３０年以降のアメリカの水素経済への移行に関する国家展望より）
【０００３】
自動車用水素作動システム、すなわち、燃料電池動作の電気自動車にとって、水素は入手可能でなければならない。
【０００４】
オブシンスキー(Ovshinsky）氏の米国特許第６，３０５，４４２号には、水素インフラストラクチャシステムが提案されている。水素化物に結合された水素の釈放および水素化物に結合する水素の貯蔵は、エネルギを必要とするプロセスである。自動車用に燃料として水素を使用する例えば、自動車を動作させることの大きな欠点は、容認できる軽量水素貯蔵媒体がない点であると、オブシンスキー氏は述べている。オブシンスキー氏は、水素容器は重たく、しかも爆発／火災の危険性が「極めて大きい」という認識を抱いている。さらに、加圧タンカーは破裂や爆発しやすいため、少量を除くあらゆる量の水素輸送のための媒体としては容認できないと、オブシンスキー氏は認識している。
【０００５】
したがって、水素化物を使用する必要なく、軽量かつ安全な水素貯蔵媒体が切望されている。
【０００６】
水素補充システムは、フェアリー(Fairlie）氏らの米国特許第６，４３２，２８３号に記載されている。フェアリー氏は、この特許において、ガス状水素生成中に酸素ガスを発生する電解槽(electrolyticcell）を教示している。しかし、フェアリー氏のシステムにおいては、水素分配中にガス状酸素を通気するため、水素‐酸素混合気による爆発の危険性を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、システムが水素を分配するときにガス状酸素を発生せず、したがって、ガス状水素とガス状酸素の混合を生ずる可能性を回避する水素燃料補給システムが切望されている。
【０００８】
さらに、フェアリー氏らの特許に記載された電解槽から発生する水素ガスは、高い温度を発生する。フェアリー氏らは、水素貯蔵タンクを使用することには「潜在的な安全性に関する危険」が存在するという認識を抱いており、水素の生成および分配を同時に行うことを教示している。水素ガス濃度は温度に逆比例するという物理学上確立されている原理がある。実際、フェアリー氏は、タンク内の温度上昇のため、充填を急速に行う場合、高圧充填（満タン状態）には容認できない温度値となるという問題点を指摘している。一定の圧力では、ガス状水素の温度が高ければ高いほど、ガス状水素の濃度は低下し、容認できない濃度値となる。フェアリー氏の温度管理の解決法は、充填速度を調整することにより、外部容器を冷却するまで待つというものである。
【０００９】
フェアリー氏が指摘しているように、満タン充填することは、とくに、水素燃料補給による燃料電池作動自動車に有用である。燃料電池作動自動車が潜在的に走行できる走行範囲（距離）は、車載水素量に関連する。燃料電池作動自動車の運転に係わる第２の変動要因としては、エンドユーザーにおける「利便的であるとの期待」の範囲内にある時間枠で予め選択した走行範囲を支持する十分な量の水素を分配できるか否かの点がある。したがって、ガス状水素の温度管理をして充填速度の減少を少なくする水素燃料補給ステーションが要望される。
【００１０】
加圧ガスシリンダを輸送するトレーラーは当業界で既知である。ガス状燃料を輸送する大型のセミタンカー／トレーラーも当業界で既知である。しかし、セミタンカーは、燃料補給のため輸送可能な水素を供給するのに便利な方法とは言えない。とくに、セミタンカーのユーザーは、特殊運転免許を必要とし、また重量および寸法の制約上、セミタンカーには利用できる道路およびアクセスできる地点に制限がある。３５ｋｇもの水素を輸送することができる乗用車によって牽引するのに適した小型トレーラーは、セミタンカーの制限の多くを解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の開示
本発明は、３５ｋｇもの水素を分配できるエンクロージャを有する再充填可能な水素燃料補給ステーションを教示する。本発明は、重量のあるタンク、水素化物または合金を使用することなく、高圧でガス状水素を貯蔵する。エンクロージャを有する本発明燃料補給ステーションは、トレーラーで支持することができる。トレーラーに支持したエンクロージャ、または包囲したトレーラー内の燃料補給ステーションは、乗用車によって牽引することができる。
【００１２】
水素輸送のためのシステムのエネルギ濃度は、オブシンスキー氏の米国特許第６，３０５，４２２号によって行われたグラム／リットル単位の貯蔵ガスとして測定することができるが、この測定値は、水素の輸送性を要因とするときには誤解される恐れがある。輸送可能な水素に関しては、エネルギ濃度の有用な測定値は、輸送可能なシステムの全備重量のポンド当たり水素グラム（ｇｍｓ／ｌｂ）である。
【００１３】
水素燃料補給ステーションは、水素供給ストックを受け入れ、水素圧力を所要圧力まで増大し、後に分配する１個またはそれ以上のタンクに水素を貯蔵する。水素の分配は、貯蔵タンクからの水素を受容タンクまたは装置に分配することができる可逆式コネクタを介して行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
一つの実施例においては、水素燃料補給ステーションを自給型で燃料補給するものとする。この実施例においては、燃料補給ステーションの水素貯蔵サブシステム内のタンクに水素を補充できる水素生成サブシステムを有する。自己補充機能は、電解装置（エレクトロライザ）または電解槽のような水素生成装置によって行う。
【００１５】
水素生成の副生成物として発生するガス状酸素がガス状水素と混合する危険性を減少するため、水素燃料補給ステーションは、水素を分配する時点とは明確に隔たる時点で水素を生成しかつ貯蔵タンクに貯蔵するよう作動させる。水素生成サブシステムから水素貯蔵タンクへの接続は固定されており、可逆式のコネクタによって生ずる一時的な接続とは異なるので漏れは容易にモニタできる。
【００１６】
本明細書中に記載した実施例に共通することは、水素の温度管理である。電解装置（エレクトロライザ）または電解槽によって生ずる水素は、周囲環境よりも高い温度を発生する。この高い温度は、水素ガスの濃度を低下させる。水素ガスの濃度を高くするには、発生した水素の高い温度は、単に充填速度を低下させるのではなく、通過する水素を冷却することにより減少することができる。
【００１７】
温度管理により水素ガスの濃度を一層高くし、ひいては水素のグラム量を多くする。エンドユーザーに分配される水素量および分配速度は、エンドユーザーの妥当な利便性への期待を満たす。
【００１８】
最も好適には、燃料電池作動自動車を再充填するのに要する時間は、ガソリン自動車の燃料補給に要する時間と同等にする。さらに、分配する水素量は、エンドユーザーが妥当と感ずる利便性への期待の範囲の走行範囲を燃料電池動作自動車で走らせる潜在能力があるものとする。
【００１９】
場合によっては、水素貯蔵タンクはバイパスし、水素生成サブシステムからの水素を冷却し、エンドユーザーに直接分配することもできる。
【００２０】
電解装置（エレクトロライザ）は、これに限定するものではないが、風力、水力、太陽光を含む再生可能エネルギ源によって動作させることができる。タービンおよび／または光起電力パネルからの電気を電解装置または電解槽に接続し、水素生成に使用する。
【００２１】
本発明の他の特徴および利点の一部を添付図面に示す好適な実施例につき説明し、これらの説明から、当業者にとっては以下の説明から本発明を実施できるであろう。本発明の利点は、とくに、特許請求の範囲に記載および組み合わせから実現および達成できるであろう。
【実施例１】
【００２２】
発明の好適な実施例
図１Ａ、図１Ｂ、および図２Ａに示す水素燃料補給ステーション１０は移動式である。水素燃料補給ステーション１０または「水素運搬車」は、加圧水素ガスを外部の水素貯蔵容器に供給するのに有用である。これら容器は、水素作動モータ車両の一部とすることができる。
【００２３】
水素燃料補給ステーション１０は、軽量シェル１６を支持するほぼ平坦な床１４上に構成し、この軽量シェル１６に水素貯蔵加圧および分配システムを配置する。床１４から取り外すことができるベースを有するエンクロージャを、軽量シェル１６に代えて代用することができる。床１４は、車軸取付ホイール１８によって支持する。軽量シェル１６の上側領域に沿って配置した通気孔１９により、シェル１６内に溜まったガスを逃がすことができる。
【００２４】
図２Ｂに示す表は、水素燃料補給ステーション１０は、２４９４．８ｋｇ（５，５００ポンド）以下の車両全備重量を有することを示す。低車両全備重量は、水素燃料補給ステーション１０に、軽量内部水素貯蔵タンク１００を装備することにより、部分的に達成することができる。このようにして、水素燃料補給ステーション１０を、乗用車によって牽引することができる。
【００２５】
軽量内部水素貯蔵タンク１００は、約１０，０００ｐｓｉもしくはそれ以上にも達する圧力等級を有し、また破壊等級もしくは破裂等級が圧力等級の少なくとも２．２５倍であるものとすることができる。このような水素貯蔵容器として、カナダ国アルバータ州のダインテック・インダストリー(Dynetek Industries,Ltd)社から市販されている商品名「ダイナセル」がある。他の軽量水素貯蔵容器としては、米国カリフォルニ州のクワンタム・テクノロジー(QuantumTechnologies,Inc)社から市販されている商品名「トリシールド」がある。
【００２６】
図２Ｂに示す表は、約１８１４．４ｋｇ（約４，０００ポンド）の車両全備重量（オプションＡ）を有する水素燃料補給ステーション１０は、約４０ｋｇにも達する水素容量を有する。１８１４．４ｋｇ（４，０００ポンド）トレーラーの車両全備重量／水素量として測定したエネルギ密度は、約１０ｇｍ／ｌｂ（４０，０００ｇｓ／４，０００ｌｂｓ）である。約２４９４．８ｋｇ（約５，５００ポンド）の車両全備重量（オプションＢ）であり、約８０ｋｇの水素容量を有する水素燃料補給ステーション１０は、約１４．５ｇｍ／ｌｂ（８０，０００ｇｓ／５，５００ｌｂｓ）のエネルギ密度を有する。
【００２７】
逆に、図３Ａに示す水素輸送用従来式タンカー２０すなわち、水素充填タンカー２０の場合には、図３Ｂの表に示す仕様に従うと、約５．３ｇｍ／ｌｂ（３２０，０００ｇｓ／６０，０００ｌｂｓ）のエネルギ密度でしかない。したがって、水素燃料補給ステーション１０は、セミタンカーのエネルギ密度よりも約２倍のエネルギ密度を有する。
【００２８】
図４は、水素燃料補給ステーション１０のブロック図を示す。水素燃料補給ステーション１０は、種々の外部水素貯蔵容器に補給するのに使用でき、本発明は燃料電池作動車両を意識しているが、このような燃料電池作動車両に水素を補給することのみに限定するものではない。
【００２９】
水素燃料補給ステーションに対する充填
外部水素貯蔵容器２５に水素を供給するのに、水素燃料補給ステーション１０を使用できるようにする前に、水素燃料補給ステーション１０の内部水素貯蔵タンク１００を充填しなければならない。軽量複合水素貯蔵タンク１００を再充填または充填するために、移動式水素燃料補給ステーション１０の内部に水素貯蔵サブシステム３０を設け、任意の標準水素コネクタとすることができる迅速接続部３２を使用し、外部水素源を水素貯蔵サブシステム３０に接続する。
【００３０】
迅速接続部３２からの下流域に圧力釈放バルブ３４を設ける。この圧力釈放バルブ３４は、水素が所定最大圧力を越える圧力で水素貯蔵サブシステム３０に流入するのを防止する安全素子である。迅速接続部３２を経て導入される水素圧力が安全限界を越える場合、圧力釈放バルブ３４との組み合わせで動作する制限オリフィス３３によって、過剰水素を通気スタック３６に通気させる。一般的には、バルブは、水素燃料補給ステーション内の水素の流れに作用させるのに使用する。通気スタック３６と圧力釈放バルブ３４との間の逆止バルブ３８は、貯蔵サブシステム３０から戻る加圧水素の流れを一方向の流れに維持する。制限オリフィス３３も、軽量水素貯蔵タンク１００を超高速充填する速度で圧力調量供給ライン４０に流入するのを防止する。迅速接続部３２に接続する前に、窒素ガスもしくは他の不活性ガスを供給ライン４０に導入し、供給ラインから空気をパージすることができる。窒素タンク２００から分配される加圧窒素は、窒素充填バルブ２０２から導入することができる。
【００３１】
供給ライン４０は、ステンレス鋼で形成し、また安全マージンを４にする。加圧水素ガスラインの安全マージンは、作動圧力に対する破裂圧力の測定値である。水素貯蔵タンク１００の充填速度およびガス状水素の温度を制御することは重要である。急速充填が望ましいが、物理学的には、いかなる物質でも言えるように、充填速度を増大すると温度上昇も生ずる。温度上昇とともに、所定導入圧力で貯蔵することができる水素質量を相応的に減少する。したがって、水素貯蔵タンク１００に流入する水素の温度が上昇した場合、ガス状水素の濃度も減少する。冷却ユニット３００にガス状水素を通過させることによりガス状水素を連結することにより温度上昇を減少させる。
【００３２】
この実施例では、冷却ユニット３００を、フィンチューブ型の熱交換器とするが、ガス状水素の温度を制御することができる他の熱交換器、冷却器、またはラジエータを使用することもできる。温度は、供給ライン４０における種々の箇所で、温度センサ４２により測定し、これら温度センサ４２は、一般的には８〜３２ビットマイクロプロセッサに基づくシステムコントローラ４００によってモニタする。
【００３３】
供給ライン４０におけるセンサ、バルブ、変換器、入出力部間の接続は、水素漏れの可能性を少なくするよう構成すべきである。共通する構造的技術は、溶接、面シール、金属‐金属間シール、テーパ付きねじがある。１個またはそれ以上の水素漏れセンサ４３を配備し、システムコントローラ４００に接続する。ガス状水素の圧力を、供給ライン４０に配置した１個またはそれ以上の圧力センサ４４によって測定する。特別なセンサは必要ではなく、一般的には、センサは、ステンレス鋼製のダイヤフラムに結合したポリシリコン製の歪みゲージ感知素子を組み込んだ変換器もしくはＭＥＭＳとすることができる。圧力調量供給ライン４０に流入する水素の温度および圧力は、第１コンプレッササブシステム５０を通過するときチェックすることができる。
【００３４】
第１コンプレッササブシステム５０には、オイル冷却第１増圧器５２を設ける。サブコントローラ４００に接続した増圧器スイッチ５３により、第１増圧器５２のスタート／ストップ機能を制御する。第１増圧器の熱交換器５６に供給するレベル行液圧オイルのためのオイル‐空気熱交換器５４により第１増圧器５２を冷却する。ブラシレスモータ６０によって動作する液圧ポンプ５８により、冷却オイルを、オイルリザーバ６２から第１増圧器用熱交換器５６に供給する。ブラシレスモータ６０のための速度制御装置６４を設ける。ブラシレスモータ６０は、スパーク発生の危険性を排除するのに好適である。システムコントローラ４００は、温度センサ６５、ガス状水素センサ４２、ガス状水素圧力センサ４４、および水素漏れセンサ４３からのデータを受け取る。システムコントローラ４００は、とくに、速度制御装置６４に作用する。
【００３５】
増圧器は、簡単なコンプレッサのような装置ではなく、変化する圧力を受け、ほぼ一定の圧力の出力流れを生ずる装置である。しかし、場合によっては、増圧器の代わりにコンプレッサを使用するこがよい場合もある。増圧器５２は、流入するガス状水素を約４倍の圧力に増圧する。第１コンプレッササブシステム５０の内部で、供給ライン４０からの水素ガスは、流入バルブ６８を経て第１増圧器５２に流入する。ガス状水素は、流出逆止バルブ７０を経て第１増圧器から流出する。このポイントで、ガス状水素は、冷却ユニット３００に指向し、ガス状水素におけるいかなる温度上昇も制御する。冷却ユニット３００を通過するガス状水素は、第２コンプレッササブシステム８０に、もしくはバイパス供給ライン９０に流入するよう指向する。
【００３６】
第２コンプレッササブシステム８０に流入すると、ガス状水素は、流入逆止バルブ８２を通過し、第２増圧器８４に流入する。システムコントローラ４００に接続した増圧器スイッチ８５は、第２増圧器８４のスタート／ストップ機能を制御する。ガス状水素は、流出逆止バルブ８６を経て第２増圧器８４から流出し、また流入／流出ライン８８からライン制御バルブ９２に流入し、ライン制御バルブ９２は、冷却ユニット３００を経て、軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′のための流入／流出制御バルブ９４、９４′にガス状水素を向かわせる。
【００３７】
このデュアルコンプレッササブシステム５０および８０に限定されるものではない。水素ガスのための貯蔵圧力が単独のコンプレッササブシステムで達成できるならば、第２コンプレッササブシステムをバイパスするもしくは省くことができる。第２増圧器８４への流入逆止バルブ８２を閉鎖することにより、第１増圧器５２から流出するガス状水素は、パイパス供給ライン９０に向かい、バイパス流入／流出制御バルブ９６に流入し、このバイパス流入／流出制御バルブ９６は、ガス状水素の流れを軽量複合水素貯蔵タンク１００、１００′に向かわせる。逆に、デュアル増圧器で効率的に得ることができる圧力を越える貯蔵圧力の場合、付加する増圧器を増やすことができる。
【００３８】
事例
以下の事例は、当業者が本発明をよりよく理解および実施することができるようにするためのものである。しかし、これら事例は、本発明の範囲を制限するものではなく、単なる例示的なものであると理解されたい。
【００３９】
事例１
外部水素供給ガスを、水素貯蔵サブシステム３０に、約１，０００ｐｓｉの圧力で供給する場合、第１コンプレッササブシステム５０は、水素ガスの圧力を約４倍増圧し、約４，０００ｐｓｉの高圧になる。しかし、望ましい貯蔵が約１０，０００ｐｓｉである場合は、システムコントローラ４００の作用により（即ち、バルブの開閉により）ガス状水素を第１コンプレッササブシステム５０から第２増圧サブシステム８０に向かわせる。
【００４０】
第２コンプレッササブシステム８０に約４，０００ｐｓｉの圧力で流入する水素ガス圧力は、所望の１０，０００ｐｓｉの圧力に増圧される。付加的なフェールセーフの手動制御バルブ９８，９８′を軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′に取り付け、軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′から水素ガスが出入りするのを物理的に阻止する。
【００４１】
システムコントローラ４００は、各軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′の圧力を隣接する圧力センサ９９，９９′を介してモニタすることにより、軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′の再充填中の圧力バランスを維持するのに使用することができる。システムコントローラ４００は、貯蔵タンク間を切り替え、またどのタンクに充填中に所定時間間隔で充填するかを選択することができる。
【００４２】
事例２
外部水素供給ガスを、水素貯蔵サブシステム３０に、約３，３００ｐｓｉの圧力で供給する場合、第１コンプレッササブシステム５０は、水素ガスの圧力を約４倍増圧し、約９，９００ｐｓｉの高圧になる。したがって、軽量水素貯蔵容器における望ましい貯蔵が約１０，０００ｐｓｉである場合は、流入逆止バルブ８２を閉じたままにし、水素ガスをバイパス流入／流出制御バルブ９６に向かわせることにより、第２コンプレッササブシステムをバイパスすることができる。
【実施例２】
【００４３】
自給型燃料補給ステーション
図５Ａおよび図５Ｂに示す他の実施例においては、水素生成サブシステム５００を、水素貯蔵サブシステム３０の一部とする。この実施例における水素生成サブシステム５００は、ＫＯＨ電解モジュール５０２と、冷却モジュール５０４とにより構成する。適当なＫＯＨ電解装置（エレクトロライザ）としては、ヴァンデンボーレ・ハイドロゲン・システムズ(Vnadenborre Hydrogen Systems)社によって製造されているＩＭＥＴ電解装置（エレクトロライザ）がある。冷却モジュール５０４は、圧力調整水素貯蔵タンク１００内の最大容積の周囲環境における温度もしくはその温度以下に温度を減少させるのに十分なものとすべきである。冷却モジュール５０４は、閉鎖ループの冷却器、水の入力を受けるタイプ、または熱交換器もしくはラジエータを使用するタイプとすることができる。
【００４４】
水素生成サブシステム５００は、圧力釈放バルブ３４の上流域で、圧力調整供給ライン４０に設ける。水素生成コントローラ（ＨＰＣ）５５０は、オイル温度センサ６５、ガス状水素温度センサ４２、ガス状水素圧力センサ４４、および水素漏れセンサ４３からデータを受け取る。このＨＰＣ５５０は、とくに、電解モジュール５０２のスイッチオン・オフをするのに使用し、さらに、速度制御装置６４にも作用する。
【００４５】
ポリマー電解質薄膜（ＰＥＭ）セルをＩＭＥＴ電解装置（エレクトロライザ）に代用することもできる。ＰＥＭエレクトロライザは、水源から水素を分離し、水素ガス流を生成する。エレクトロライザおよびポリマー電解質薄膜の双方とも、当業界で既知であり、したがって、これらの構造の詳細は説明する必要はないであろう。ＰＥＭエレクトロライザにより生成されたガス状水素は、さらに、周囲の環境温度以上に温度を上昇させる。
【００４６】
高圧タンクからの燃料補給
燃料補給ステーション１０は、所望の地点に牽引することができる。また、燃料補給ステーション１０は、牽引車両（図１Ａ参照）から切り離すこともでき、もしくは場所から場所へ輸送することができる。
【００４７】
水素燃料補給サブシステム１１０を使用し、外部水素保存容器２５に加圧水素を燃料補給ステーション１０から燃料補給するのに使用する。システムコントローラ４００が、予め識別されたパラメータ、例えば、外部水素貯蔵容器の温度および圧力、アース接続の確認、場合によって、車両は充填準備ができているかの確認をチェックし、水素を外部水素容器２５に分注すべきか否かを決定する。
【００４８】
実際の水素燃料補給プロセスは、安全対策によって行うことができる。加圧水素または他の不活性ガスをパージライン１１２から水素分配供給ライン１１４，１１４′に導入し、この水素分配供給ライン１１４，１１４′からいかなる空気をもパージする。このパージは、危険な水素‐空気（酸素）混合体が形成され、外部水素容器２５に供給される危険性を回避する。パージ圧力逃がしバルブ１２０，１２０′を適切に配置し、水素分配供給ライン１１４，１１４′からガスを通気する。この実施例において、システムコントローラ４００は、窒素バルブ２０２をも制御する。
【００４９】
充填カプラー１１６、１１６′は、任意の産業用コネクタもしくは標準の水素コネクタとすることができる。適当な充填コネクタとして、ドイツ国のＷＥＨ社製のＷＥＨ‐ＴＫ１５型水素充填ノズルをＷＥＨ‐ＴＮ１容器と組み合わせて使用するものがある。各充填カプラー１１６，１１６′を、燃料補給ステーション１０に対して分離カプラー１１８，１１８′を介して接続する。分離カプラー１１８は、燃料補給システムには一般的ではない他の安全素子である。パージ圧力逃がしバルブは、分離カプラーが分離した場合に、水素分配ラインから通気部１２１，１２１′に水素を通気する。
【００５０】
燃料電池車両充填カプラーのための一つの提案された業界標準は、カリフォルニア・フューエル・セル・パートナーシップ(California Fuel Cell Partnership)によって準備された提案書「燃料補給インタフェース仕様(FuelingInterface Specification）」に記載されており、本明細書に参考までに記載した。この提案書「燃料補給インタフェース仕様(FuelingInterface Specification）」に記載された充填カプラーは、パラメータのうち、とくに、燃料補給している車両１２のタンク（外部水素貯蔵容器２５）内部の水素の圧力、温度、および体積をチェックする「スマート」接続部を有する。さらに、車両がアースされているか否かもチェックする。
【００５１】
「スマート」充填カプラーは、システムコントローラ４００、または他のデータプロセッサ、制御装置もしくはコンピュータ（図示せず）により、燃料補給ステーション１０と通信することができる。ユーザーインタフェースパネル６００を設け、ユーザーが条件を確認したり、データを入力したり、または燃料補給ステーション１０と通信したりできるようにする。
【００５２】
外部水素貯蔵容器２５と充填カプラー１１６とが接続された後、水素貯蔵容器への再充填または充填を行うことができる。充填カプラーは、充填カプラーは、適切な行政上もしくは産業界の機械的仕様を満たし、または凌駕し、所定圧力等級を越えない圧力で水素貯蔵容器に充填するようにすべきである。
【００５３】
外部水素貯蔵容器２５に燃料補給または再充填するとき、外部水素貯蔵容器２５のマップを取得すべきである。マップは、外部水素貯蔵容器２５の内部における水素ガスの温度、体積および圧力、各軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′における水素の体積、圧力および温度をチェックする。さらに、このマップには、外部水素貯蔵容器２５の圧力等級および容量に関する情報も含むようにする。圧力等級および容量情報は、インタフェースパネル６００上で入力したり、スマート接続部を介して伝送したりすることもできる。外部水素貯蔵容器２５の識別情報は、システムコントローラ４００が受け取り、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用し、燃料補給パラメータをセットする。
【００５４】
分配している水素ガスの経路の一つとしては、圧力調整タンク１００，１００′から、流入／流出制御バルブ９４，９４′を介して、冷却ユニット３００を経て、つぎにライン制御バルブ９２を介して流入／流出供給ライン８８に流入する経路がある。
【００５５】
冷却ユニット３００は、水素ガスの温度を、少なくとも約２０゜Ｃ、より好適には、少なくとも約４０゜Ｃ、最も好適には、少なくとも約８０゜Ｃ減少することができる。
【００５６】
燃料補給中、水素ガスの温度を制御することによって、より迅速な燃料補給を行うことができる。外部水素貯蔵容器２５内の水素の温度が外気温よりも上昇する場合、外部水素貯蔵容器２５に貯蔵できる水素体積は減少する。温度上昇が約２０℃で２０℃から４０℃に上昇する場合、体積は約６％だけ減少する。温度上昇が約４０℃である場合、容積は約１２％である。温度上昇が約８０℃である場合、容積は約２２％減少する。
【００５７】
温度管理は、濃いガス状水素を迅速に分配するのに役立つ。エンドユーザーまたは消費者は、ガソリン作動内燃機関自動車を燃料補給するのにかかった給油時間、および給油時間で給油されるガソリン量で内燃機関自動車がどのくらい走行できるのかということを目安にして判断する。この目安に合致するため、水素燃料補給ステーションは、同様の時間内で同様の潜在的走行距離を得るに十分な水素（グラム単位）を分配することができるようにすべきである。
【００５８】
流入／流出供給ライン８８内における水素ガスは、分配ラインの逆止バルブ９７を介して水素分配供給ライン１１４，１１４′の一方または双方に導入される。
【００５９】
ガス状水素を分配するとき、システムコントローラ４００を使用して、軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′内の圧力と外部水素貯蔵容器２５内の圧力を比較することにより軽量複合水素貯蔵タンク１００，１００′間の選択をし、圧力バランスをとるようにすることができる。供給源間の圧力均衡化は、多重加圧供給源からガス状燃料をより効率的に分配するのに使用される既知のメカニズムである。システムコントローラ４００は、水素を外部水素貯蔵容器２５に分配（燃料補給）する際に制御バルブおよび逆止バルブを制御する。燃料補給は、通常、外部水素貯蔵容器２５が選択したもしくは所定の充填圧力に
達するまで継続する。
【００６０】
燃料補給が完了した際に、充填カプラー１１６、１１６′を外部水素貯蔵容器２５，２５′から分離することに関連して、分離制御バルブ１２２，１２２′が、分離カプラー１１８，１１８′および充填カプラー１１６、１１６′を介して、水素分配供給ライン１１４，１１４′のその部分における水素を通気部１２１，１２１′に向かわせる。水素を通気させることによって、充填カプラー１１６，１１６′に接続された水素分配供給ライン１１４，１１４′の部分を減圧する。
【００６１】
ダイレクト燃料補給
図６に示す実施例を使用して、外部水素貯蔵容器２５にガス状水素を直接分配することもできる。システムコントローラ４００は流入／流出制御バルブ９４，９４′を遮断し、ガス状水素を第１コンプレッササブシステム５０もしくは第２コンプレッササブシステム８０から流入／流出供給ライン８８に向かわせる。
【００６２】
直接再充填中、電解モジュール５０２からのガス状水素は、冷却モジュール５０４を経て通過し、電解モジュール５０２で発生したガス状水素の上昇した温度を減少する。この時点で、さらに冷却することなく、分配された水素は、電解モジュール５０２から直接分配される水素よりも高い濃度を有する。
【００６３】
冷却モジュールを退出する水素温度をさらに減少するためには、第１コンプレッササブシステム５０または第２コンプレッササブシステム８０のいずれか一方からのガス状水素出力を冷却ユニット３００に通過させてからエンドユーザーに分配する。
【００６４】
本発明の範囲から逸脱することなく上述の装置に何らかの変更を加えることができるため、添付図面につき示した上述の説明に含まれるすべての事項は、例示的なものであり、これに限定されるものではないと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１Ａ】移動式水素燃料補給ステーションの上方からの斜視図である。
【図１Ｂ】移動式水素燃料補給ステーションの使用中の上方からの斜視図である。
【図２Ａ】移動式水素燃料補給ステーションの一部切除した説明図である。
【図２Ｂ】図２Ａの移動式水素燃料補給ステーションの異なる形態の容量を比較する表の説明図である。
【図３Ａ】セミタンカーを示す写真である。
【図３Ｂ】図３に示すセミタンカーの仕様の表を示す説明図である。
【図４】移動式水素燃料補給ステーションのブロック図である。
【図５Ａ】自給型移動式水素燃料補給ステーションの一部切除した説明図である。
【図５Ｂ】図５Ａの水素燃料補給ステーションの異なる形態の容量を比較する表の説明図である。
【図６】自給型移動式水素燃料補給ステーションのブロック図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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