(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のタンクにガス燃料を効率よく充填することができるガス燃料充填方法を提供する。【解決手段】放熱特性の異なる複数のタンク５Ａ〜５Ｃと、ガス燃料充填口２と前記複数のタンク５Ａ〜５Ｃとをそれぞれ接続する充填配管３と、該充填配管３に設けられ、各タンク５Ａ〜５Ｃへの充填流路を切り換える切換手段２５とを車両内に有し、前記複数のタンク５Ａ〜５Ｃのうち、放熱特性の高いタンク５Ａからガス燃料の充填を行っていき、他のタンク５Ｂ、５Ｃにガス燃料の充填を行った後に、前記放熱特性の高いタンク５Ａにガス燃料の再充填を行う。【選択図】図１
2005155869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱特性の異なる複数のタンクと、
ガス燃料充填口と前記複数のタンクとをそれぞれ接続する充填配管と、
該充填配管に設けられ、各タンクへの充填流路を切り換える切換手段とを車両内に有し、
前記複数のタンクのうち、放熱特性の高いタンクからガス燃料の充填を行っていき、他のタンクにガス燃料の充填を行った後に、前記放熱特性の高いタンクにガス燃料の再充填を行うことを特徴とするガス燃料充填方法。
【請求項２】
前記放熱特性の高いタンクの再充填は、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度未満に下がった後で行うことを特徴とする請求項１に記載のガス燃料充填方法。
【請求項３】
前記放熱特性の高いタンクの再充填は、前記放熱特性の高いタンクの最初の充填から所定時間後に行うことを特徴とする請求項１に記載のガス燃料充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両内に搭載した複数のタンクにガス燃料を充填するガス燃料充填方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池による発電電力を駆動源とする燃料電池車両の開発が進められている。この燃料電池車両の燃料として、ガス燃料を使用するものについては、そのガス燃料を収容するタンクを備えるものがある。この種の技術として、例えば、特許文献１には、充填圧力が高くなってもその圧力を逃がすことで充填口の逆止弁にかかる圧力を低下させる技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２６９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両内に単一のタンクを搭載するよりも、放熱特性の異なる複数のタンクを搭載した方が、それぞれの特性を活かすことができる点で効率的である。しかしながら、それぞれのタンクに一斉に充填を開始すると、各タンクのガス温度上昇量が異なるため、タンク間のガスの充填効率が不均一となり、効率的な充填が行えないという問題がある。
また、複数のタンク間で容積や材料が異なる場合には、放熱面積の低いまたは放熱性の低い材質のタンクが満充電されづらく、燃料貯蔵装置全体としての充填効率が下がるという問題がある。
【０００４】
特に、燃料ガスが水素の場合には、水素の特性から、充填時の体積膨張や断熱圧縮のそれぞれの要因で温度が上昇するため、それに伴ってタンク内の圧力も増大してしまう。この圧力増加のため、タンク内に十分な量の水素を充填することが非常に困難であるという問題がある。
本発明は、複数のタンクにガス燃料を効率よく充填することができるガス燃料充填方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、放熱特性の異なる複数のタンク（例えば、実施の形態におけるタンク５）と、ガス燃料充填口（例えば、実施の形態における充填口２）と前記複数のタンクとをそれぞれ接続する充填配管（例えば、実施の形態における配管３）と、該充填配管に設けられ、各タンクへの充填流路を切り換える切換手段（例えば、実施の形態における切換バルブ２５）とを車両内に有し、前記複数のタンクのうち、放熱特性の高いタンクからガス燃料の充填を行っていき、他のタンクにガス燃料の充填を行った後に、前記放熱特性の高いタンクにガス燃料の再充填を行うことを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、まず、放熱効率の高いタンクに最初にガス燃料を充填することで、一定量のガス燃料をこのタンク内に充填しておく。そして、該タンクへの充填を一旦停止して他のタンクにガス燃料の充填を行うことにより、該他のタンクにガス燃料を充填しつつ、最初に充填したタンクの冷却時間を確保することができる。また、最初に充填したタンクは放熱特性の高いタンクであるので、再充填を行う際には、放熱により該タンク内の温度が低下して、これに伴い該タンク内の圧力も低下している。従って、最初に充填したタンクに再充填する際に、十分な量のガス燃料を充填させることができ、略満充填まで充填量を増やすことができる。また、各タンクに連続的に充填処理を継続することができるので、各タンクに一斉に充填処理を行う場合に比べて充填時間を短縮することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記放熱特性の高いタンクの再充填は、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度未満に下がった後で行うことを特徴とする。
この発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度以下に低下した場合にはそれに伴い該タンク内の圧力も低下しているので、このときに再度タンクに燃料ガスを充填することにより、十分な量のガス燃料を充填することが可能となる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記放熱特性の高いタンクの再充填は、前記放熱特性の高いタンクの最初の充填から所定時間後に行うことを特徴とする。
この発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの放熱による冷却時間を確保できるので、該タンクに再充填を行う際に十分な量の燃料を充填することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、他のタンクにガス燃料を充填しつつ、最初に充填したタンクの冷却時間を確保することができる。このため、最初に充填したタンクに再充填する際に、十分な量のガス燃料を充填させることができ、略満充填まで充填量を増やすことができるので、一回の充填での走行距離を増大させることができる。また、各タンクに一斉に充填処理を行う場合に比べて充填時間を短縮することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの温度が所定温度以下に低下した場合に再度タンクに燃料ガスを充填することにより、十分な量のガス燃料を充填することが可能となる。
請求項３に係る発明によれば、前記放熱特性の高いタンクの放熱による冷却時間を確保できるので、該タンクに再充填を行う際に十分な量の燃料を充填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】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係るガス燃料充填方法について実施の形態を説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態におけるガス燃料充填方法に係るガス充填システムの構成を示すブロック図である。ガス燃料充填システムは、高圧ガスタンク５（５Ａ〜５Ｃ）と、この高圧ガスタンクへ高圧燃料ガスを高圧充填する配管３と、この配管３の充填口２に設けられた第１の逆止弁１５、切換バルブ２５、配管２６（２６Ａ〜２６Ｃ）とを備えている。配管３は高圧ガスタンク５への充填ラインであるので、充填を短時間で終えられるように、比較的太い配管を用いる。第１の逆止弁１５にはゴムシートがついており、気密性を保持している。また、切換バルブ２５は、その上流側に配管３が接続されるとともに、その下流側に配管２６（２６Ａ〜２６Ｃ）が接続される。各配管２６Ａ〜２６Ｃは、ガスタンク５Ａ〜５Ｃにそれぞれ接続されている。そして、この切換バルブ２５は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からの制御信号により、各配管２６Ａ〜２６Ｃのいずれかを選択的に開放してそれ以外を遮断することで、ガス流路の切換を行う。これについては後述する。
【００１２】
高圧ガスタンク５（５Ａ〜５Ｃ）は、それぞれ、内部が中空の有底円筒状に形成された容器本体と、その内側に貼付されたライナ層とで構成されている。本実施の形態においては、ライナ層の材料として、放熱特性の高いアルミニウムを用いている。また、各ガスタンク５Ａ〜５Ｃの容積の大きさは、ガスタンク５Ａ、ガスタンク５Ｂ、ガスタンク５Ｃの順であり、放熱特性の高さ（この場合は、単体体積あたりの表面積の大きさ）も同じ順番になっている。
【００１３】
また、高圧ガスタンク５の容器弁（インタンク電磁弁）１１は、第３の逆止弁１６と、電磁遮断弁１７と、安全弁１８と、手動遮断弁１９Ａ、１９Ｂとからなる。第３の逆止弁１６は、高圧ガスタンク５に高圧充填された水素が配管３側に逆流するのを防止している。電磁遮断弁１７は、車両が駐車しているとき等には閉じているが、車両を運転する際、例えばイグニッションキーＩＧのＯＮによって開き、高圧充填された水素が減圧弁７で減圧されて、遮断弁８を経て燃料電池（図示せず）に送られる。安全弁１８は、高圧ガスタンク５内の水素が規定の圧力よりも高くなったときに外部に逃がす弁である。高圧ガスタンク５への充填側の手動遮断弁１９Ａと、高圧ガスタンク５内の燃料ガスを消費する側の手動遮断弁１９Ｂは、整備の際などに使用する弁である。
【００１４】
また、タンク５（５Ａ〜５Ｃ）には、圧力・温度センサ６（６Ａ〜６Ｃ）をそれぞれ設けて、タンク５（５Ａ〜５Ｃ）内の高圧ガスの圧力と温度を常時監視している。減圧弁７は、高圧ガスタンク５の圧力を減圧し、燃料電池またはエンジンに供給している。遮断弁８は、減圧後の圧力が高い場合の放出弁である。
【００１５】
上記のように構成したガス燃料システムの動作について説明する。
高圧ガスを高圧充填する場合、まず、充填口２に充填設備（図示せず）を接続して、配管３にガス燃料を高圧で供給する。このとき、ＥＣＵの制御信号を切換バルブ２５に送信して、切換バルブ２５を作動させる。この場合には、放熱特性の最も高いタンク、換言すれば、ポリトロープ断熱圧縮に起因する充填時のガス温度上昇量が最小のタンク（タンク５Ａ）に最初に充填を開始する。この場合、放熱特性の最も高いタンク５Ａに最初に充填を行うようにする。すなわち、切換バルブ２５により、配管２６Ａの流路を開放するとともに配管２６Ｂ、２６Ｃの流路を遮断する。
【００１６】
そして、タンク５Ａ内圧力が基準値まで上昇したことを温度・圧力センサ６Ａにより検知すると、切換バルブ２５により、ガス流路の切換が行われる。すなわち、タンク５Ａへの充填を一旦停止して、次に放熱性の高いタンク（この場合はタンク５Ｂ）に充填を行う。また、タンク５Ｂからタンク５Ｃへの充填流路の切換も同様にして行う。すなわち、放熱特性の高いタンク５Ａ〜５Ｃの順番にガス燃料の充填を行っていく。
【００１７】
このように、放熱効率の高いタンク５Ａに最初にガス燃料を充填することで、一定量のガス燃料をこのタンク５Ａ内に充填しておく。そして、該タンク５Ａへの充填を一旦停止して他のタンク５Ｂ、５Ｃにガス燃料の充填を行うことにより、タンク５Ｂ、５Ｃにガス燃料を充填しつつ、最初に充填したタンク５Ａの冷却時間を確保することができる。
【００１８】
そして、他のタンク５（この場合はタンク５Ｂ、５Ｃ）への充填が一旦終了したときに、最初のタンク５Ａに再度充填を行う。タンク５Ａは、車両の搭載されたタンク５Ａ〜５Ｃの中で最も放熱特性の高いタンクであるので、再充填を行う際には、放熱により該タンク５Ａ内の温度が低下して、これに伴い該タンク５Ａ内の圧力も低下している。従って、最初に充填したタンク５Ａに再充填する際に、十分な量のガス燃料を充填させることができ、略満充填まで充填量を増やすことができる。そして、タンク５Ｂ、タンク５Ｃについても同様に再度充填を行うことで、これらのタンク５Ｂ、５Ｃについても充填量を略満充填まで増やすことができるため、一回の充填での走行可能な距離を増大することができる。また、各タンク５Ａ〜５Ｃに連続的に充填処理を継続することができるので、各タンクＡ〜５Ｃに一斉に充填処理を行う場合に比べて充填時間を短縮することができる。
【００１９】
図２はこの発明の第２の実施の形態におけるガス燃料充填方法に係るガス充填システムの構成を示すブロック図である。この実施の形態で車両に搭載されるガスタンク５Ｄ〜５Ｆはそれぞれ同じ内容積である。そして、各ガスタンク５（５Ｄ〜５Ｆ）には、圧力・温度センサ６（６Ｄ〜６Ｆ）をそれぞれ設けている。また、ガスタンク５Ｄのライナ層の材質はアルミニウムであるのに対し、ガスタンク５Ｅ、５Ｆのライナ層の材質は樹脂である。アルミニウムは樹脂よりも放熱特性が高いので、タンク５Ｄの放熱特性はタンク５Ｅ、５Ｆよりも高くなる。このため、本実施の形態では、まず、ガスタンク５Ｄのガス充填を行い、ついで、タンク５Ｅ、５Ｆの充填を行う。
そして、本実施の形態においては、各タンク５Ｄ〜５Ｆの温度が一定値に到達した時点で、切換バルブ２５を作動させて、充填流路の切換を行うようにしている。このようにすることで、前記放熱特性の高いタンク５Ｄの温度が所定温度以下に低下した場合にはそれに伴い該タンク５Ｄ内の圧力も低下しているので、このときに再度タンク５Ｄに燃料ガスを充填することにより、十分な量のガス燃料を充填することが可能となる。
【００２０】
なお、本発明の内容は上述の実施の形態に限られるものでないことはもちろんである。例えば、放熱特性として、ライナ層の材料が異なる場合と、ライナ層の面積が異なる場合とを分けて説明したが、それぞれが異なるタンクを用いてもよい。
また、前記放熱特性の高いタンクの最初の充填から所定時間後に行うようにしてもよい。このようにすると、前記放熱特性の高いタンクの放熱による冷却時間を確保できるので、該タンクに再充填を行う際に十分な量の燃料を充填することが可能となる。
【００２１】
＜実施例１＞
図１を用いて実施例１について説明する。この実施例では、全てのタンク５Ａ〜５Ｃがアルミニウムのライナ層を備えており、各タンク５Ａ〜５Ｃの内容積は、それぞれ１００Ｌ、６０Ｌ、３０Ｌである。そして、単位体積あたりのアルミニウムの表面積の大きさは、タンク５Ａ、タンク５Ｂ、タンク５Ｃの順である。
【００２２】
このようなタンク５Ａ〜５Ｃに上述の第１の実施の形態で示した方法で充填した場合（実施例１）と、各タンク５Ａ〜５Ｃに同時に充填を行った場合（比較例１）の充填量を測定した。その結果、実施例１の実充填量は４６．２ｍ＾３であったのに対し、比較例１の実充填量は４４．６ｍ＾３であった。したがって、実施例１の場合には、比較例１の場合に比べて３．５％充填量を上昇させることができた。
【００２３】
＜実施例２＞
図１を用いて実施例２について説明する。この場合のそれぞれのタンク５Ａ〜５Ｃの内容積は、それぞれ９０Ｌ、６０Ｌ、４０Ｌとする。そして、ライナ層の材質は、タンク５Ａ、５Ｂがアルミニウムで、タンク５Ｃが樹脂である。
【００２４】
このようなタンク５Ａ〜５Ｃに上述の第１の実施の形態で示した方法で充填した場合（実施例２）と、各タンク５Ａ〜５Ｃに同時に充填を行った場合（比較例２）の充填量を測定した。その結果、実施例２の実充填量は４５．０ｍ＾３であったのに対し、比較例２の実充填量は４３．６ｍ＾３であった。したがって、実施例２の場合には、比較例２の場合に比べて３．１％充填量を上昇させることができた。
【００２５】
＜実施例３＞
図２を用いて実施例３について説明する。この場合のそれぞれのタンク５Ｄ〜５Ｆの内容積は、それぞれ６０Ｌとする。そして、ライナ層の材質は、全てのタンク５Ｄ〜５Ｆが樹脂である。また、タンク５Ｄ〜５Ｆ内のガス温度上昇量は、タンク５Ｄ、タンク５Ｅ、タンク５Ｆの順に大きくなっている。
このようなタンク５Ｄ〜５Ｆに上述の第２の実施の形態で示した方法で充填した場合（実施例３）と、各タンク５Ｄ〜５Ｆに同時に充填を行った場合（比較例３）の充填量を測定した。ここで、実施例３では各タンク５Ｄ〜５Ｆ内のガス温度が８５度に到達した時点で、切換バルブ２６を作動させてガス流路の切換を行った。その結果、実施例３の実充填量は４５．０ｍ＾３であったのに対し、比較例３の実充填量は４２．８ｍ＾３であった。したがって、実施例３の場合には、比較例３の場合に比べて２．５％充填量を上昇させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の第１の実施の形態におけるガス燃料充填方法に係るガス充填システムの構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態におけるガス燃料充填方法に係るガス充填システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
２  充填口
３  配管
５（５Ａ〜５Ｆ）  高圧ガスタンク
２５  切換バルブ（切換手段）
２６（２６Ａ〜２６Ｆ）  配管
【図１】
2005155869.tif 000003
【図２】
2005155869.tif 000004