(57)【要約】【課題】（１）水素抜取り配管内の静電気の発生を抑制できる、水素タンクからの水素抜取り装置の提供。（２）さらに、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換することができる、水素タンクからの水素抜取り装置の提供。【解決手段】（１）水素タンク２に連結され水素を抜取る際に水素が流れる水素抜取り配管５と、該水素抜取り配管の途中に設けられた、水素流速を制御可能なニードル弁８と、を有する水素タンクからの水素抜取り装置１。（２）水素抜取り配管５には、第２の配管１４が接続されており、該第２の配管には不活性ガス源１９が接続されている（１）記載の水素タンクからの水素抜取り装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素タンクに連結され水素を抜取る際に水素が流れる水素抜取り配管と、該水素抜取り配管の途中に設けられた、水素流速を制御可能なニードル弁と、を有する水素タンクからの水素抜取り装置。
【請求項２】
前記水素抜取り配管には、第２の配管が接続されており、該第２の配管には不活性ガス源が接続されている請求項１記載の水素タンクからの水素抜取り装置。
【請求項３】
前記水素抜取り配管の途中には、ガス圧を１ＭＰａ未満にする圧力レギュレータが設けられている請求項１または請求項２記載の水素タンクからの水素抜取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素タンクからの水素抜取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平９−１２６３９７号公報は、高圧タンクからガスを調量しながら抜取る装置を開示している。
【０００３】
しかし、ガスが高圧水素である場合に、たとえば、燃料電池（ＦＣ）車両のタンク内高圧水素（２５ＭＰａ−３５ＭＰａ）を抜き取る場合に、従来技術をそのまま使用すると、つぎの問題が生じることが予想される。
１．  水素流速が高速の場合、水素抜取り配管内に静電気が発生し着火源になるおそれがある。
２．  水素タンク内圧力が低くなりすぎると、エアが進入して残留水素と混合するおそれがある。
３．  ＦＣ車両の空輸に際しては、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換したいが、従来技術の装置は抜取り専用の装置のため、ヘリウムとの置換には別の装置が必要となる。
【特許文献１】特開平９−１２６３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、水素抜取り配管内の静電気の発生、エアの進入による残留水素との混合の、少なくとも一つの問題である。
本発明が解決しようとするもう一つの問題点は、上記問題に加えて、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換する場合に、別の装置が必要となるという問題である。
【０００５】
本発明の目的は、水素抜取り配管内の静電気の発生を抑制できる、水素タンクからの水素抜取り装置を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記目的に加えて、水素タンク内をヘリウムなどの不活性ガスで置換することができる、水素タンクからの水素抜取り装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する、また、上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）水素タンクに連結され水素を抜取る際に水素が流れる水素抜取り配管と、該水素抜取り配管の途中に設けられた、水素流速を制御可能なニードル弁と、を有する水素タンクからの水素抜取り装置。
（２）前記水素抜取り配管には、第２の配管が接続されており、該第２の配管には不活性ガス源が接続されている（１）記載の水素タンクからの水素抜取り装置。
（３）前記水素抜取り配管の途中には、ガス圧力を１ＭＰａ未満にする圧力レギュレータが設けられている（１）または（２）記載の水素タンクからの水素抜取り装置。
【発明の効果】
【０００７】
上記（１）の水素タンクからの水素抜取り装置によれば、水素抜取り配管の途中に、水素流速を制御可能なニードル弁を有するので、水素流速を低速に制御でき、水素抜取り配管に静電気を発生させないようにすることができる。
【０００８】
上記（２）の水素タンクからの水素抜取り装置によれば、水素抜取り配管に第２の配管を接続し、この第２の配管に不活性ガス源を接続したので、水素タンク内の水素の抜取りと、水素タンク内の水素の不活性ガスとの置換を１つの装置で行うことが可能になる。
【０００９】
上記（３）の水素タンクからの水素抜取り装置によれば、圧力レギュレータを設けたので、水素抜きを１ＭＰａ未満の圧力下（所定機関への届け出を必要としない圧力下）で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の水素タンクからの水素抜取り装置１（以下、単に水素抜取り装置１という）を、図１、図２を参照して説明する。
水素タンク２は、たとえば、燃料電池自動車の水素タンクであり、水素タンク２内に２５ＭＰａ−３５ＭＰａの水素が充填してある。
燃料電池は、ＭＥＡ（電解質膜の一面にアノードを形成し多面にカソードを形成した膜−電極アッセンブリ）と燃料ガス、酸化ガス流路を形成したセパレータとを重合わせた単セルを含む。燃料ガスとして水素または水素含有ガスをアノード側に供給し、アノードで水素が電子とプロトンに変換され、プロトンが電解質膜を通過してカソードに至り酸素と反応して水を生成し、電子が外部回路に流れて仕事をする。燃料ガスを水素タンク２などに圧縮して封入して、燃料電池とともに車両に搭載する。保守、点検や、外国への空輸に際しては、水素タンク２からの水素抜取りや、あるいは水素タンク２の水素の、不活性ガスとの置換が必要になる。本発明の水素抜取り装置１は、この水素抜取り、および不活性ガスとの置換に用いられるもので、車両工場、またはサービスステーション等に設置される。
【００１１】
本発明の水素抜取り装置１は、図１に示すように、水素抜取り系３と、不活性ガス置換系４とを有する。
水素抜取り系３は、水素抜取り配管（第１の配管）５を有し、水素抜取り配管５は水素タンク出口２１にて水素タンク２に接続される。水素抜取り系３は、水素抜取り配管５に、水素タンク２との水素タンク出口２１側から、順に、弁６、ガス圧を所定圧（たとえば、１ＭＰａ未満の圧力）に落とす圧力レギュレータ７、水素流速を制御可能なニードル弁８、遮断弁（電磁弁）９、リークチェック用弁１０を有しており、さらに大気に開放する。ニードル弁８と遮断弁９との間から管１１が分岐しており、管１１には遮断弁（電磁弁）１２、水素濃度計１３が接続している。抜取り水素は、水素タンク２側から設備の排気ポートへと流れて抜き取られ、安全を確認しつつ大気に放出される。
【００１２】
不活性ガス置換系４は、水素抜取り配管５の水素タンク出口２１と弁６との間の部分から分岐された不活性ガス置換配管１４（不活性ガス置換配管１４を第２の配管ともいう、その場合、第１の配管は水素抜取り配管５である）を有する。不活性ガス置換系４は、不活性ガス置換配管１４に、水素抜取り配管５との分岐部側から、順に、ガスの不活性ガス源側への逆流を防止する逆止弁１５、弁１６、遮断弁（電磁弁）１７、ガス圧を１ＭＰａ未満に落とす圧力レギュレータ１８、不活性ガス源としての不活性ガスボンベ１９を有する。不活性ガスは、たとえば、ヘリウムである。ヘリウムは窒素などに代替されてもよい。不活性ガスは不活性ガスボンベ１９から、水素タンク２側へと流れて、水素と置換される。
【００１３】
適宜の箇所に圧力スイッチ２０が設けられて、その箇所の圧力を測定してもよい。図示例では、水素抜取り配管５上で水素タンク２の出口、不活性ガス置換配管１４上で弁１６と遮断弁（電磁弁）１７との間の部位、不活性ガス置換配管１４上で圧力レギュレータ１８と不活性ガスボンベ１９との間の部位などに設けられている。また、弁６、１０、１６は手動弁である。ただし、弁６、１０、１６を電磁弁に変えてもよい。
【００１４】
つぎに、水素抜取り、不活性ガス置換の工程を説明する。
水素タンク２から水素を抜取る時には、水素抜取り配管５を水素タンク出口２１にて水素タンク２に連結する。この時点では、弁６、弁１６、ニードル弁８、遮断弁９、１２、１７は閉である。ついで、弁６、弁１６、弁１０を開にし、水素抜取り、不活性ガス置換の用意が完了する。
【００１５】
水素抜取り作業を実行する。図２の各種パラメータのタイムチャートに示すように、制御盤に設けた運転スイッチをＯＮにして、運転スイッチと連動する遮断弁９を開にする。不活性ガス置換系４の遮断弁１７は閉じたままとする。ニードル弁８を少しづつ開いていくと、水素タンク２から水素が水素抜取り配管５を流れて設備へと抜き取られていく。ニードル弁８は、圧力レギュレータ７出口からの排出気体（水素、不活性ガス）の初速を１ｍ／ｓｅｃ以下に制御する。ニードル弁８による流速管理、圧力レギュレータ７による１ＭＰａ未満への圧力管理は、シーケンス制御によって自動で行われる。このガス流速制御によって、ガス流速が高いときに発生するおそれのある水素抜取り配管５での静電気の発生を防止する。
時間の経過とともに、排出水素流量は増え、ニードル弁８の開度は大となっていき、水素タンク２内の水素残圧は低下していく。圧力が下がりすぎるとエアが進入するおそれがあるので、それを防止するために、圧力スイッチ２０で管理し、水素タンク２内の水素残圧が所定圧（たとえば、０．０５ＭＰａ）になった時に、自動で運転スイッチをＯＦＦにし遮断弁９が閉じ、水素抜取りを停止する。
【００１６】
ついで、不活性ガス置換作業を実行する。不活性ガス置換系４の遮断弁１７を開く。水素抜取り系３の遮断弁９は閉じたままとする。不活性ガスボンベ１９からの不活性ガス（たとえば、ヘリウム）が、圧力レギュレータ１８で圧力を落とされて水素タンク２に封入される。水素タンク２内圧力が所定圧（たとえば、０．８ＭＰａ）になったことが水素タンク２の出口の圧力スイッチ２０で検出されると、遮断弁１７を閉じて不活性ガスの送りを停止し、所定時間（たとえば、約１０分）放置する。放置の理由は、水素タンク２内の残存水素と封入した不活性ガスを充分に攪拌するためである。以上で、１回目の水素抜取りと不活性ガスの封入が実行された。
【００１７】
ついで、上記水素抜取り作業と同じ方法で、水素タンク２中の残存水素と不活性ガスの混合気体の抜取り作用を実行し、その後、不活性ガスの封入を実行して、２回目の水素抜取りと不活性ガスの封入を実行する。水素抜取りと不活性ガスの封入を複数回（たとえば、計３回）実行する。これらは、自動、または半自動で行われる。
【００１８】
不活性ガスへの置換終了後、最終的な水素濃度を計測することが望ましい。水素濃度計測は、水素抜取り系３におて、遮断弁９を閉じ、遮断弁１２を開き、水素タンク２および水素抜取り配管５中のガスを水素濃度計１３に導くことによって行われる。
また、安全上、水素のリークがないことを確認することが望ましい。リークの有無を確認するには、遮断弁１７、１２を閉じ、リークチェック弁１０を閉じ、遮断弁９を開いて、系の圧力低下の有無を圧力スイッチ２０によって検出することによって行われる。圧力低下があれば、系にリークがあることを意味する。
【００１９】
つぎに、上記水素抜取り装置１による水素抜取り、不活性ガスとの置換の作用、効果を説明する。
まず、水素抜取り配管５の途中に、水素流速を制御可能なニードル弁８を有するので、水素流速を低速に、たとえば、１ｍ／ｓｅｃ以下に、制御でき、水素抜取り配管５に静電気を発生させないようにすることができる。
また、圧力レギュレータ７を設け、シーケンス制御の圧力管理により、自動で１ＭＰａ未満で安全に水素を排出するようにしたので、高圧ガス取締りに係わる基準の圧力未満の範囲であり、管理も容易になる。
また、水素タンク２内の残圧が所定圧力になると自動で遮断弁９が閉じるようにしたので、エアの進入を防止でき、かつ、それを操作ミスなく、かつ、特別な集中力を要さずに行うことができる。
また、リークチェック弁１０と圧力スイッチ２０を設けて圧力低下により水素のリークを検出できるようにしたので、水素洩れも検出可能であり、装置の安全性を容易に確認することができる。
上記により、誰が作業しても、安全、かつ、確実に水素抜取りを実施できる。
【００２０】
水素抜取り配管５に不活性ガス置換配管（第２の配管）１４を接続し、この第２の配管に不活性ガス源（不活性ガスボンベ）１９を接続したので、遮断弁９、１７の切替えによって、水素タンク２内の水素の抜取りと、水素タンク２内の水素の不活性ガスとの置換を１つの装置で、かつ、自動で行うことが可能になった。自動により、誰が作業しても、ミスなく、水素抜取りと不活性ガスとの置換を実施できる。
【００２１】
また、圧力レギュレータ７、１８を設けたので、水素抜き、および水素と不活性ガスの混合ガス抜きを、１ＭＰａ未満の圧力下（所定機関への届け出を必要としない圧力下）で行うことができる。したがって、本発明の装置を、工場またはサービスステーションなどどこに設置しても、容易に、かつ、確実に、水素タンク２からの水素抜き取り、および水素タンク２への不活性ガスの封入を行うことができる。
本発明は、燃料電池自動車の水素タンクからの水素の抜取り、外国への空輸に際して水素タンクの水素の抜取りおよび不活性ガスとの置換に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の水素タンクからの水素の抜取り装置の系統図である。
【図２】本発明の水素タンクからの水素の抜取りにおける、水素流量、ニードル弁開度、水素タンク残圧、運転スイッチの、タイムチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１  水素タンクからの水素抜取り装置（単に、水素抜取り装置１ともいう）
２  水素タンク
３  水素抜取り系
４  不活性ガス置換系
５  水素抜取り配管（第１の配管）
６  弁
７  圧力レギュレータ
８  ニードル弁
９  遮断弁（電磁弁）
１０  リークチェック用弁
１１  管
１２  遮断弁（電磁弁）
１３  水素濃度計
１４  不活性ガス置換配管（第２の配管）
１５  逆止弁
１６  弁
１７  遮断弁
１８  圧力レギュレータ
１９  不活性ガス源（たとえば、不活性ガスボンベ、たとえば、ヘリウムボンベ）
２０  圧力スイッチ
２１  水素タンク出口
【図１】
2005054963.tif 000003
【図２】
2005054963.tif 000004