(57)【要約】【課題】水素分配ユニットの操作方法を提供する。【解決手段】ブロックバルブ及びブリードバルブを介して圧力の解放が提供される水素分配の操作方法が提供される。分配中に水素が冷却される分配ステーションから水素を分配した後、移送ライン内には捕捉された水素が残留している。車両の燃料補給間のアイドル時間中に、捕捉された水素の温度は上昇し、結果として捕捉された水素の圧力が上昇する。ブロックバルブ及びブリードバルブは、移送ライン内の圧力を解放するように作動する。【選択図】図１
2017062024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素分配ユニットを介して供給容器から受入容器まで水素を分配する分配工程であって、前記水素分配ユニットは、水素が前記受入容器に分配される前に水素を冷却するための熱交換器を含み、分配は目標量の水素が分配されるまで継続した後終了し、前記分配が終了すると、第１の量の水素が第１の１つ以上の導管の内部に捕捉され、前記第１の１つ以上の導管は複数のバルブと作動的に連結しており、前記複数のバルブはコントロールバルブとブロックバルブを含み、前記第１の量の水素は前記複数のバルブを閉鎖することで捕捉され、前記第１の量の水素の少なくとも一部は前記熱交換器において冷却されており、前記第１の量の水素によって前記第１の１つ以上の導管に圧力が加えられる分配工程、
前記第１の１つ以上の導管における前記第１の量の水素の圧力を測定する工程、
前記第１の量の水素の圧力が選択された圧力以上になった場合に、前記ブロックバルブを開放し次いで閉鎖して、前記第１の１つ以上の導管から前記第１の量の水素の画分を除去し、前記第１の量の画分を前記ブロックバルブ及びブリードバルブに作動的に連結された第２の１つ以上の導管に移送する工程、並びに
前記ブリードバルブを開放し次いで閉鎖して、前記第２の１つ以上の導管から第１の量の通気される水素を放出する工程
を含む、水素分配ユニットを操作する方法。
【請求項２】
前記第１の量の通気される水素が、前記第１の量の水素の画分の少なくとも一部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ブロックバルブを開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブリードバルブを開放し次いで閉鎖する工程の間、前記ブロックバルブは、前記ブリードバルブが開放されると同時に開放され、前記ブリードバルブが閉鎖されると同時に閉鎖される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ブロックバルブを開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブリードバルブを開放し次いで閉鎖する工程の間、前記ブリードバルブは、前記ブロックバルブが開放され次いで閉鎖された後に開放され次いで閉鎖される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の量の水素の少なくとも一部が、最初に捕捉された時点で−１７．５℃未満の初期温度を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の量の水素の少なくとも一部が、最初に捕捉された時点で−３３℃未満の初期温度を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記コントロールバルブが圧力コントロールバルブ、プログラムで制御可能な圧力調節器、又はドームロード式調節器である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記分配工程が終了すると、第２の量の水素が前記第２の１つ以上の導管の内部に捕捉され、前記第２の１つ以上の導管が前記ブロックバルブ、前記ブリードバルブ及び第２のブロックバルブと作動的に連結しており、
前記第１の量の通気される水素が、前記第２の量の水素の画分又は全てを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記分配工程が終了すると、第２の量の水素が前記第２の１つ以上の導管の内部に捕捉され、前記第２の１つ以上の導管が前記ブロックバルブ、前記ブリードバルブ及び第２のブロックバルブと作動的に連結しており、前記第２の量の水素によって前記第２の１つ以上の導管に圧力が加えられ、
前記第２の１つ以上の導管における前記第２の量の水素の圧力を測定する工程、並びに
前記第２の量の水素の圧力が第２の選択された圧力以上になった場合に、前記ブリードバルブを開放し次いで閉鎖して、前記第２の１つ以上の導管から前記第２の量の水素の画分又は全てを放出する工程
をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記分配工程が終了すると、第３の量の水素が第３の１つ以上の導管の内部に捕捉され、前記第３の１つ以上の導管は、前記第２のブロックバルブ及び内部バルブを有する分配ノズルと作動的に連結しており、前記第３の量の水素によって前記第３の１つ以上の導管に圧力が加えられ、
前記第３の１つ以上の導管における前記第３の量の水素の圧力を測定する工程、
前記第３の量の水素の圧力が第３の選択された圧力以上になった場合に、前記第２のブロックバルブを開放し次いで閉鎖して、前記第３の１つ以上の導管から前記第３の量の水素の画分を除去し、前記第３の量の画分を前記第２の１つ以上の導管に移送する工程、並びに
前記ブリードバルブを開放し次いで閉鎖して、前記第２の１つ以上の導管から前記第３の量の水素の画分の少なくとも一部を放出する工程
をさらに含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記分配工程が終了すると、第３の量の水素が第３の１つ以上の導管の内部に捕捉され、前記第３の１つ以上の導管は、前記第２のブロックバルブ及び内部バルブを有する分配ノズルと作動的に連結しており、
前記第２のブロックバルブを開放し次いで閉鎖して、前記第３の１つ以上の導管から前記第３の量の水素の画分を除去し、前記第３の量の画分を前記第２の１つ以上の導管に移送する工程
をさらに含み、前記第２のブロックバルブを開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブロックバルブを開放し次いで閉鎖する工程の間、前記第２のブロックバルブは、前記ブロックバルブが開放されると同時に開放され、前記ブロックバルブが閉鎖されると同時に閉鎖される、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１２】
前記受入容器が一連の受入容器のうちの第１の受入容器であり、
前記水素分配ユニットを前記一連の受入容器のうちの前記第１の受入容器に連結しそして連結解除する工程、
前記一連の受入容器のうちの前記第１の受入容器に水素を分配した後、前記一連の受入容器の次の第２の受入容器に水素を分配する前に、前記ブリードバルブを介して、捕捉された水素を放出する工程
を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の量の水素が、前記コントロールバルブと前記ブロックバルブとの間の前記第１の１つ以上の導管の内部に捕捉される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
水素分配ユニットを介して供給容器から受入容器まで水素を分配する分配工程であって、前記水素分配ユニットは、水素が前記受入容器に分配される前に水素を冷却するための熱交換器を含み、分配は目標量の水素が分配されるまで継続した後終了し、前記分配が終了すると、第１の量の水素が第１の１つ以上の導管の内部に捕捉され、前記第１の１つ以上の導管は複数のバルブと作動的に連結しており、前記複数のバルブはコントロールバルブとブロックバルブを含み、前記第１の量の水素は前記複数のバルブを閉鎖することで捕捉され、前記第１の量の水素の少なくとも一部は前記熱交換器において冷却されており、前記第１の量の水素によって前記第１の１つ以上の導管内に圧力が加えられる分配工程、
前記第１の１つ以上の導管における前記第１の量の水素の圧力を測定して、測定された圧力の上昇を決定する工程、
測定された圧力の上昇と予測された圧力の上昇とを比較する工程、並びに
測定された圧力の上昇と予測された圧力の上昇の比較に応答して、前記コントロールバルブが漏洩しているか否かを決定する工程
を含む、水素分配ユニットのコントロールバルブにおける漏洩を決定するための方法。
【請求項１５】
前記受入容器が一連の受入容器のうちの第１の受入容器であり、
前記水素分配ユニットを前記一連の受入容器のうちの前記第１の受入容器に連結しそして連結解除する工程、並びに
前記一連の受入容器のうちの前記第１の受入容器に水素を分配した後、前記一連の受入容器の次の第２の受入容器に水素を分配する前に、測定された圧力の上昇と予測された圧力の上昇との比較に応答して、前記コントロールバルブが漏洩しているか否かを決定する工程
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記受入容器が、乗用車、バス、トラック、オートバイ、フォークリフト、農業用車両、建設機械、及び機関車などの陸上車、又は航空機の燃料タンクである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、本明細書中でその内容が参照により援用されている、２０１５年９月２１日出願で「水素分配ユニットの操作方法」という名称の米国仮特許出願第６２／２２１，４２５号及び２０１５年１０月２２日出願で「水素分配ユニットの操作方法」という名称の米国仮特許出願第６２／２４５，００７号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、水素分配ユニットの操作方法に関する。本発明は、より詳細には、車両内の水素貯蔵タンクに水素を分配する前に水素が冷却される水素分配ユニットを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
水素分配ユニットは、乗用車、バス、トラック及びフォークリフトなどの車両内の水素貯蔵タンク内に高圧水素を分配するために使用される。
【０００４】
乗用車、バス、トラック及び他の車両における輸送燃料として水素を使用することに対する関心が益々高まってきている。水素は概して、車両に搭載された燃料タンク内に高圧貯蔵される。搭載された水素の大部分が枯渇した後、燃料タンク内の水素の圧力は低下し、燃料タンクに水素を補給する必要がある。
【０００５】
燃料補給中、水素は、水素分配ステーションにおいて燃料タンクに分配される。分配ステーションは、１つ以上の高圧貯蔵タンクであり得る水素供給部を含む。水素は、高圧貯蔵タンクから車両の燃料タンク内に移送される。したがって、水素を移送するための駆動力は、高圧貯蔵タンクと車両燃料タンクの間の圧力差である。
【０００６】
高圧供給容器から車両内の低圧受入容器への分配の結果、分配された水素の温度は上昇することになる。分配された水素の温度上昇を補償するために、水素分配ステーションは、水素が分配されるにつれてそれを冷却するための１つ以上の熱交換器を含んでいてよい。冷却は、冷凍サイクル内の冷却剤によって提供されてよい。熱交換器は、１つ以上の高熱容量の冷却ブロックを含んでいてよく、これらのブロックは冷却剤により冷却され、これらのブロック内を水素が通過し、冷却される。
【０００７】
高圧貯蔵タンクと燃料タンクの間の移送ラインは典型的に、さまざまなコントロールバルブ及びブロックバルブとブリードバルブを含む。ブロックバルブは、高圧貯蔵タンクからの流れを遮断し、ブリードバルブは、ブロックバルブと分配ノズルとの間に捕捉された水素の一部を放出して分配ノズルにおける圧力を低下させることができる。ＳＡＥ  Ｊ２６００及びＩＳＯ１７２６８などの公認規格では、分配ノズルを車両上の燃料レセプタクルから連結解除できるようにする前に、ノズルにおける圧力が０．５ＭＰａ（ゲージ）未満になっていることが求められている。
【０００８】
ブロックバルブと分配ノズル間の移送ラインは、車両に水素を分配した後比較的低い圧力下にあるが、コントロールバルブと１つ以上のブロックバルブとの間の移送ライン内に捕捉された残留水素は、熱交換器内で冷却されているため、なおも高圧低温にある。
【０００９】
水素分配ユニットが別の車両の燃料補給を待機するアイドル状態にある場合、捕捉された残留水素の温度は上昇し、その結果ライン内の圧力も上昇する。結果としての圧力上昇は、設備の設計圧力限界より大きいものとなる可能性がある。結果としてもたらされる高い圧力は、車両を過度の圧力から保護するように構成された保護手段を理由としてか又は過度の圧力がコントローラにより或る種の圧力トランスデューサの不具合として解釈され得ることを理由として、分配ユニットのトリップをひき起こすかもしれない。圧力リリーフバルブを使用して、安全限界を超えた場合に圧力を解放することができるが、圧力リリーフバルブは、圧力を解放した後に完全な再封止が不可能であるものとして公知である。圧力リリーフバルブを高頻度で使用することは望ましくない。
【００１０】
業界では、高い信頼性の水素分配ユニットが所望されている。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、水素分配ユニットの操作方法に関する。
【００１２】
以下に概略的に説明する通り、本発明には幾つかの態様が存在する。以下では、本発明の具体的態様が概略的に説明される。カッコ内に記される参照番号及び表現は、図１を参照してさらに以下で説明する例示的実施形態に言及するものである。しかしながら、参考番号及び表現は、単に例示的なものにすぎず、態様を例示的実施形態のいずれかの具体的構成要素又は特徴に限定するものではない。カッコ内に記されている参照番号及び表現が適宜削除されたり又は他の参照番号及び表現で置き換えられたりしているクレームとして、態様を策定することが可能である。
【００１３】
［態様１］
水素分配ユニット（１）を介して供給容器（１０２）から受入容器（１１８又は２１８）まで水素を分配する工程であって、前記水素分配ユニット（１）は、水素が前記受入容器（１１８又は２１８）に分配される前に水素を冷却するための熱交換器（１０６）を含み、分配は目標量の水素が分配されるまで継続した後終了し、前記分配が終了すると、第１の量の水素が第１の１つ以上の導管（１３０、１３２、２３２、２３３）の内部に捕捉され、前記第１の１つ以上の導管は複数のバルブと作動的に連結しており、前記複数のバルブはコントロールバルブ（１０４）とブロックバルブ（１０８又は２０８）を含み、前記第１の量の水素は前記複数のバルブの閉鎖することで捕捉され、前記第１の量の水素の少なくとも一部は前記熱交換器（１０６）において冷却されており、前記第１の量の水素によって前記第１の１つ以上の導管（１３０、１３２、２３２、２３３）に圧力が加えられる分配工程、
前記第１の１つ以上の導管（１３０、１３２）における前記第１の量の水素の圧力を測定する工程、
前記第１の量の水素の圧力が選択された圧力以上になった場合に、前記ブロックバルブ（１０８又は２０８）を開放し次いで閉鎖して、前記第１の１つ以上の導管（１３０、１３２、２３２、２３３）から前記第１の量の水素の画分を除去し、前記第１の量の画分を前記ブロックバルブ（１０８又は２０８）及びブリードバルブ（１１４又は２１４）に作動的に連結された第２の１つ以上の導管（１３４、１３６又は２３４、２３６）に移送する工程、並びに
前記ブリードバルブ（１１４又は２１４）を開放し次いで閉鎖して、前記第２の１つ以上の導管（１３４、１３６又は２３４、２３６）から第１の量の通気される水素を放出する工程
を含む、水素分配ユニット（１）を操作する方法。
【００１４】
［態様２］
前記第１の量の通気される水素が、前記第１の量の水素の画分の少なくとも一部を含む、態様１に記載の方法。
【００１５】
［態様３］
前記ブロックバルブ（１０８又は２０８）を開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブリードバルブ（１１４又は２１４）を開放し次いで閉鎖する工程の間、前記ブロックバルブ（１０８又は２０８）は、前記ブリードバルブ（１１４又は２１４）が開放されると同時に開放され、前記ブリードバルブ（１１４又は２１４）が閉鎖されると同時に閉鎖される、態様１又は２に記載の方法。
【００１６】
［態様４］
前記ブロックバルブ（１０８）を開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブリードバルブ（１１４）を開放し次いで閉鎖する工程の間、前記ブリードバルブ（１１４）は、前記ブロックバルブ（１０８）が開放され次いで閉鎖された後に開放され次いで閉鎖される、態様１又は２に記載の方法。
【００１７】
［態様５］
前記第１の量の水素の少なくとも一部が、最初に捕捉された時点で−１７．５℃未満又は３３℃未満の初期温度を有する、態様１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【００１８】
［態様６］
前記コントロールバルブ（１０４）が圧力コントロールバルブ、プログラムで制御可能な圧力調節器、又はドームロード式調節器である、態様１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００１９】
［態様７］
前記分配工程が終了すると、第２の量の水素が前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）の内部に捕捉され、前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）が前記ブロックバルブ（２０８）、前記ブリードバルブ（２１４）及び第２のブロックバルブ（２２６）と作動的に連結しており、
前記第１の量の通気される水素が、前記第２の量の水素の画分又は全てを含む、態様１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００２０】
［態様８］
前記分配工程が終了すると、第２の量の水素が前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）の内部に捕捉され、前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）が前記ブロックバルブ（２０８）、前記ブリードバルブ（２１４）及び第２のブロックバルブ（２２６）と作動的に連結しており、前記第２の量の水素によって前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）内に圧力が加えられ、
前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）における前記第２の量の水素の圧力を測定する工程、並びに
前記第２の量の水素の圧力が第２の選択された圧力以上になった場合に、前記ブリードバルブ（２１４）を開放し次いで閉鎖して、前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）から前記第２の量の水素の画分又は全てを放出する工程
をさらに含む、態様１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００２１】
［態様９］
前記分配工程が終了すると、第３の量の水素が第３の１つ以上の導管（２３５）の内部に捕捉され、前記第３の１つ以上の導管（２３５）は、前記第２のブロックバルブ（２２６）及び内部バルブを有する分配ノズル（２１０）と作動的に連結しており、前記第３の量の水素によって前記第３の１つ以上の導管（２３５）内に圧力が加えられ、
前記第３の１つ以上の導管（２３５）における前記第３の量の水素の圧力を測定する工程、
前記第３の量の水素の圧力が選択された圧力以上になった場合に、前記第２のブロックバルブ（２２６）を開放し次いで閉鎖して、前記第３の１つ以上の導管（２３５）から前記第３の量の水素の画分を除去し、前記第３の量の画分を前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）に移送する工程、並びに
前記ブリードバルブ（２１４）を開放し次いで閉鎖して、前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）から前記第３の量の水素の画分の少なくとも一部を放出する工程
をさらに含む、態様７又は８に記載の方法。
【００２２】
［態様１０］
前記分配工程が終了すると、第３の量の水素が第３の１つ以上の導管（２３５）の内部に捕捉され、前記第３の１つ以上の導管（２３５）は、前記第２のブロックバルブ（２２６）及び内部バルブを有する分配ノズル（２１０）と作動的に連結しており、
前記第２のブロックバルブ（２２６）を開放し次いで閉鎖して、前記第３の１つ以上の導管（２３５）から前記第３の量の水素の画分を除去し、前記第３の量の画分を前記第２の１つ以上の導管（２３４、２３６）に移送する工程
をさらに含み、前記第２のブロックバルブ（２２６）を開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブロックバルブ（２０８）を開放し次いで閉鎖する工程の間、前記第２のブロックバルブ（２２６）は、前記ブロックバルブ（２０８）が開放されると同時に開放され、前記ブロックバルブ（２０８）が閉鎖されると同時に閉鎖される、態様７又は８に記載の方法。
【００２３】
［態様１１］
前記ブロックバルブ（２０８）を開放し次いで閉鎖する工程、及び前記ブリードバルブ（２１４）を開放し次いで閉鎖する工程の間、前記ブロックバルブ（２０８）は、前記ブリードバルブ（２１４）が開放されると同時に開放され、前記ブリードバルブ（２１４）が閉鎖されると同時に閉鎖される、態様１０に記載の方法。
【００２４】
［態様１２］
前記受入容器が一連の受入容器のうちの第１の受入容器であり、
前記水素分配ユニット（１）を前記一連の受入容器（１１８又は２１８）のうちの前記第１の受入容器（１１８又は２１８）に連結しそして連結解除する工程、
前記一連の受入容器（１１８又は２１８）のうちの前記第１の受入容器（１１８又は２１８）に水素を分配した後、前記一連の受入容器（１１８又は２１８）の次の第２の受入容器に水素を分配する前に、前記ブリードバルブ（１１４又は２１４）を介して、前記第１の量の通気される水素を放出する工程
を含む、態様１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【００２５】
［態様１３］
前記第１の量の水素が、前記コントロールバルブ（１０４）と前記ブロックバルブ（１０８又は２０８）との間の前記第１の１つ以上の導管（１３０、１３２、２３２、２３３）の内部に捕捉される、態様１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【００２６】
［態様１４］
前記コントロールバルブ（１０４）が前記熱交換器（１０６）の上流側に配置されている、態様１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【００２７】
［態様１５］
前記ブロックバルブ（１０８又は２０８）が前記熱交換器（１０６）の下流側に配置されている、態様１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【００２８】
［態様１６］
前記コントロールバルブ（１０４）と前記ブロックバルブ（２０８）との間の前記第１の１つ以上の導管（２３２、２３３）に配置された圧力調整器（２０６）により水素の圧力を制限する工程を含む、態様１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【００２９】
［態様１７］
水素分配ユニット（１）を介して供給容器（１０２）から受入容器（１１８又は２１８）まで水素を分配する工程であって、前記水素分配ユニットは、水素が前記受入容器（１１８又は２１８）に分配される前に水素を冷却するための熱交換器（１０６）を含み、分配は目標量の水素が分配されるまで継続した後終了し、前記分配が終了すると、第１の量の水素が第１の１つ以上の導管（１３０、１３２、２３２、２３３）の内部に捕捉され、前記第１の１つ以上の導管は複数のバルブと作動的に連結しており、前記複数のバルブはコントロールバルブ（１０４）とブロックバルブ（１０８又は２０８）を含み、前記第１の量の水素は前記複数のバルブを閉鎖することで捕捉され、前記第１の量の水素の少なくとも一部は前記熱交換器（１０６）において冷却されており、前記第１の量の水素によって前記第１の１つ以上の導管（１３０、１３２、２３２、２３３）内に圧力が加えられる分配工程、
前記第１の１つ以上の導管（１３０、１３２）における前記第１の量の水素の圧力を測定して、測定された圧力の上昇を決定する工程、
（温度上昇に起因する）測定された圧力の上昇と予測された圧力の上昇とを比較する工程、並びに
測定された圧力の上昇と予測された圧力の上昇の比較に応答して、前記コントロールバルブ（１０４）が漏洩しているか否かを決定する工程
を含む、水素分配ユニットのコントロールバルブ（１０４）における漏洩を決定するための方法。
【００３０】
［態様１８］
前記受入容器が一連の受入容器のうちの第１の受入容器であり、
前記水素分配ユニット（１）を前記一連の受入容器（１１８又は２１８）のうちの前記第１の受入容器（１１８又は２１８）に連結しそして連結解除する工程、並びに
前記一連の受入容器（１１８又は２１８）のうちの前記第１の受入容器に水素を分配した後、前記一連の受入容器（１１８又は２１８）の次の第２の受入容器に水素を分配する前に、測定された圧力の上昇と予測された圧力の上昇との比較に応答して、前記コントロールバルブ（１０４）が漏洩しているか否かを決定する工程
を含む、態様１７に記載の方法。
【００３１】
［態様１９］
前記受入容器（１１８又は２１８）が、乗用車、バス、トラック、オートバイ、フォークリフト、農業用車両、建設機械及び機関車などの陸上車、又は航空機の燃料タンクである、態様１〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】水素分配ユニットについてのプロセスフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の詳細な説明は、好ましい例示的実施形態のみを提供しており、本発明の範囲、利用可能性又は構成を限定するように意図されていない。むしろ、好ましい例示的実施形態の以下の詳細な説明は、当業者に対し、本発明の好ましい例示的実施形態を実施するための可能性を付与する説明を提供し、ここで、クレームによって定義されている通りの本発明の範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置にさまざまな変更を加えてよいということが理解される。
【００３４】
本明細書中で使用されている冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明細書及びクレーム中に記載されている本発明の実施形態中のいずれかの特徴に対して適用された場合、１つ以上を意味する。「ａ」及び「ａｎ」の使用は、そのような限定が具体的に記載されているのでないかぎり、単一の特徴に意味を限定するものではない。単数又は複数の名詞又は名詞句に先行する冠詞「ｔｈｅ」は、１つ又は複数の特定の規定された特徴を表わし、それが使用されている前後関係に応じて、単数又は複数の内包的意味を有する可能性がある。
【００３５】
形容詞「任意の又はいずれかの」は、数量の如何に関わらず無差別に、１つ、いくつか、又は全てを意味する。
【００３６】
第１の実体と第２の実体の間に置かれた用語「及び／又は」は、（１）第１の実体、（２）第２の実体、及び（３）第１の実体及び第２の実体のうちの１つを意味する。３つ以上の実体のリストのうちの最後の２つの実体の間に置かれた「ａｎｄ／ｏｒ」という用語は、このリスト内の実体の任意の具体的組合せを含めたリスト内の実体のうちの少なくとも１つを意味する。
【００３７】
「複数」という用語は、「２つ又は３つ以上」を意味する。
【００３８】
「少なくとも一部」という語は、「一部又は全て」を意味する。
【００３９】
本明細書中で使用される、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、複数の工程及び／又は特徴の中で区別するために使用され、そのように明示的に記載されているのでないかぎり、合計数、あるいは時間的及び／又は空間的な相対的位置を表わすものではない。
【００４０】
本明細書中で使用される「流体連通」とは、流体の移送のため、１つ以上の導管、マニホルド、バルブなどにより作動的に連結されている状態を意味する。導管とは、それを通って流体を搬送することのできる任意のパイプ、管、通路などである。相反する明示的記載のないかぎり、第２の装置と流体連通している第１の装置の間に、ポンプ、コンプレッサ又は容器などの中間的装置が存在してもよい。
【００４１】
簡略さ及び明確さを期して、不要な細部で本発明の説明を曖昧にしないよう、周知の装置、回路及び方法についての詳細な説明は省略される。
【００４２】
本明細書中で使用されている通り、圧力は、相反する明示的記載のないかぎり、ゲージ圧である。
【００４３】
唯一の図は、方法を説明するためのプロセスフロー図である。プロセスフロー図は、２台の車両それぞれのための収容タンク１１８及び２１８と分配ユニット１を含む。図は、水素を中圧（例えば３５ＭＰａ）で分配するのに好適な構成を有するもの及び、水素を高圧（例えば７０ＭＰａ）で分配するのに好適な構成を有するものという２つの分配脚部を示している。中圧で分配するための構成は、収容タンク２１８への分配用として示され、高圧で分配するための構成は、収容タンク１１８への分配用として示されている。本発明は、１つ、２つ又はそれ以上の分配脚部を有する水素分配ユニットに好適である。
【００４４】
水素分配ユニットは、１つ以上の水素貯蔵タンク１０２を含む。１つ以上の水素貯蔵タンクは、当該技術分野において公知の任意の水素貯蔵タンクであり得る。１つ以上の水素貯蔵タンクは、カスケード充填に好適である複数の貯蔵タンクを含んでいてよい。
【００４５】
水素分配ユニットは、移送導管１０３を介して１つ以上の貯蔵タンク１０２に対し作動的に連結されたコントロールバルブ１０４を含む。コントロールバルブ１０４は、圧力コントロールバルブ、プログラムで制御可能な圧力調節器又はドームロード式調節器であってよい。コントロールバルブ１０４は、どの分配脚部が使用されているかに応じて１つ以上の貯蔵タンク１０２から収容タンク１１８又は収容タンク２１８まで水素を移送する速度を制御する。コントロールバルブ１０４は、圧力ランプ速度（すなわち単位時間あたりの圧力変化）として水素移送速度を制御してよい。コントロールバルブ１０４は、コントローラ１２０に対し作動的に連結され、コントローラ１２０から制御信号を受け取る。
【００４６】
水素分配ユニットは、移送導管１３０を介してコントロールバルブ１０４に作動的に連結された熱交換器１０６を含む。熱交換器１０６は、１つ以上の貯蔵タンク１０２から収容タンク１１８又は収容タンク２１８まで水素が移送されるにつれて、水素を冷却する。熱交換器１０６は、米国特許出願公開第２００８／０１８５０６８号から公知であるアルミニウムブロックなどのサーマルバラスト（サーマルコンデンサ）を含んでいてよい。米国特許出願公開第２０１４／０００７９７５号から公知の多重冷却ブロックが使用されてもよい。万一圧力が最大許容圧力を超えた場合に、導管１３０内の圧力を解放するための圧力リリーフバルブ１０５を導管１３０に連結してよい。熱交換器１０６を離れる圧力は、圧力センサー１０７を用いて測定してよい。水素の制御された分配の間、そして導管１３２内の圧力が所望の最大圧力を超過したか否かを検出するために、圧力センサー１０７を使用してよい。
【００４７】
高圧（例えば７０ＭＰａ）分配脚部用として、水素分配ユニットは、移送導管１３２、１３４及び１３６を介してコントロールバルブ１０４に対し作動的に連結されたブロックバルブ１０８及びブリードバルブ１１４を含む。ブロックバルブ１０８は、故障した場合に故障状態が閉鎖位置で発生するような形で構築されていてよい。ブリードバルブ１１４は、故障した場合に故障状態が開放位置で発生するような形で構築されていてよい。高圧分配脚部は、ブロックバルブ１０８に対し作動的に連結された分配ノズル１１０を含む。分配ノズル１１０は、水素燃料補給用として当該技術分野において公知の任意の分配ノズル、詳細には７０ＭＰａで水素を分配するのに適したものであり得る。
【００４８】
ブロックバルブ１０８は、ブリードバルブ１１４と組合せた形で、水素燃料補給の技術分野において公知である車両のレセプタクル１１２から分配ノズル１１０を連結解除するに先立ち、分配ノズル１１０内の圧力を低下させるために使用される。アイドル期間中、移送導管１３４及び１３６内の圧力を約０．３ＭＰａに維持することが望まれるかもしれない。移送導管１３４及び１３６内の圧力を測定するために、圧力センサー１１６を使用してもよい。
【００４９】
中圧（例えば３５ＭＰａ）分配脚部用として、水素分配ユニットは、移送導管２３２、２３３、２３４及び２３６を介してコントロールバルブ１０４に対して作動的に連結された、圧力調節器２０６、ブロックバルブ２０８、ブリードバルブ２１４及び第２のブロックバルブ２２６を含んでいてよい。圧力調節器２０６は、中圧分配脚部への圧力を約４２ＭＰａに制限し得る。中圧分配脚部は、ブロックバルブ２２６に対して作動的に連結された分配ノズル２１０を含む。分配ノズル２１０は、水素燃料補給用として当該技術分野において公知の任意の分配ノズル、詳細には、３５ＭＰａで水素を分配するのに適したものであり得る。
【００５０】
中圧（３５ＭＰａ）分配脚部について、分配ノズル２１０は内部ブロックバルブ及びブリードバルブマニホルドを含んでいてよい。ノズルにおける圧力は、レセプタクル２１２からの連結解除の前に所望の圧力まで解放されてよく、導管２３４、２３５、２３６内の圧力は、アイドル期間中３５ＭＰａ〜４２ＭＰａの範囲内の１つの圧力に維持されてよい。
【００５１】
それぞれの移送導管内の圧力を測定するためには圧力センサー２３８及び２１６を使用してよい。導管２３５には、圧力リリーフバルブ２２８及び付随する圧力センサー／トランスミッター２１６が連結されてよい。圧力リリーフバルブ２２８は、例えば４６ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内の１つの圧力などの任意の所望の圧力で気体を解放するように設定されてよい。
【００５２】
ブロックバルブは、両方向において流れを遮断することのできる任意のバルブである。水素燃料補給の分野で公知の任意の好適なブロックバルブを使用してよい。
【００５３】
ブリードバルブは、導管から気体を抜き取って導管を通気することのできる任意の装置である。水素燃料補給の分野で公知の任意の好適なブロックバルブを使用してよい。
【００５４】
水素分配ユニットは、コントロールバルブ１０４、さまざまなブロックバルブ、ブリードバルブ、及び圧力センサーに対して作動的に連結されたコントローラ１２０を含む。コントローラは、コンピュータ、プロセス論理コントローラ（ＰＬＣ）などであってよい。コントローラは、水素分配の分野において遍在する装置である。コントローラ１２０は、圧力センサー１０７、１１６、２３８及び２１６から信号を受信し、制御信号をブロックバルブ１０８、２０８及び２２６及びブリードバルブ１１４及び２１４に送信する。
【００５５】
水素燃料補給される車両は、収容タンク１１８又は２１８、及びそれぞれのレセプタクル１１２又は２１２を含む。収容タンク１１８及びレセプタクル１１２は、高圧水素ガス（例えば最高７０ＭＰａ）を収容するためのものであってよく、収容タンク２１８及びレセプタクル２１２は、中圧水素ガス（例えば最高３５ＭＰａ）を収容するためのものであってもよい。収容タンクは、それぞれの収容タンクの内部に格納された水素の圧力を測定するための内部圧力センサーを有していてよい。圧力センサーはコントローラ１２０と無線で交信し得る。
【００５６】
水素分配に先立ち、分配ノズルは車両のレセプタクルに連結され、例えば分配ノズル１１０はレセプタクル１１２に、また分配ノズル２１０はレセプタクル２１２に連結される。
【００５７】
方法は、最初に高圧（７０ＭＰａ）分配脚部について説明され、類似の構成を有する任意の分配脚部について応用可能である。
【００５８】
方法には、水素分配ユニット１を介して１つ以上の供給容器１０２から受入容器１１８まで水素を分配する工程が含まれる。水素の流速はコントロールバルブ１０４を用いて制御される。水素は、受入容器１１８に分配される前に水素を冷却するため、熱交換器１０６内を通過させられる。分配は、目標量の水素が分配されるまで続行し、目標量が移送された後、分配は終結される。目標量は、目標圧力に達した時点で分配が終結されるように、受入容器１１８についての目標圧力によって設定されてよい。
【００５９】
収容タンク１１８が、例えば目標圧力の達成によって目標量を収容した後、ブロックバルブ１０８を閉鎖することにより流れが停止させられる。その後、ブロックバルブ１０８と分配ノズル１１０の間の移送ライン内の圧力は、ブリードバルブ１１４を介して移送ライン内の残留ガスの少なくとも一部を抜き取ることによって例えば約０．３ＭＰａまで低下させられる。分配ノズルにおける圧力が充分に低下させられた時点で、分配ノズルはレセプタクル１１２から連結解除される。
【００６０】
分配の終結時点で、コントロールバルブ１０４とブロックバルブ１０８の間の導管１３０及び１３２の内部に、第１の量の低温水素が捕捉されている。Ｈ2含有ガスの損失を防ぐため、この残留Ｈ2含有ガスは通気されない。第１の量の水素は、バルブ１０４及び１０８の閉鎖時点で捕捉され、熱交換器１０６内で冷却されているため、例えば約−１７．５℃未満又は約−３３℃未満の温度を有する。第１の量の水素は、導管１３０及び１３２内に圧力を及ぼす。
【００６１】
水素分配ユニットが別の車両の燃料タンクを充填するために待機するアイドル状態にある場合、導管１３０及び１３２内の第１の量の水素の温度は上昇する。温度上昇につれて、圧力も上昇する。分配の終了時点で分配ユニットの移送ライン内の圧力は、約７６〜８０ＭＰａとなり得る。移送ライン内で水素が８０ＭＰａにある状態で分配が終結し、水素の温度が−３３℃から＋２５℃まで上昇した場合、圧力は約１００ＭＰａまで上昇し、これは、８７．５ＭＰａの最大圧力定格を有する車両に移送可能な最大許容圧力よりもはるかに高い圧力である。
【００６２】
方法には、第１の量の水素の温度及び圧力が上昇するにつれて、例えば圧力センサー１０７を用いて導管１３０及び１３２内の第１の量の水素の圧力を測定する工程が含まれる。圧力センサー１０７は、コントローラ１２０と信号交信状態にあり、圧力を表わす信号をコントローラ１２０に伝送する。
【００６３】
第１の量の水素の圧力が選択された圧力、例えば７０ＭＰａ〜８７．５ＭＰａの範囲内の圧力以上になった場合、コントローラは、コントロールバルブ１０４が閉鎖状態に保たれている間ブロックバルブ１０８を開放しその後閉鎖して導管１３０及び１３２から第１の量の水素の一画分を除去しかつ導管１３４及び１３６に向って第１の量の画分を移送する信号命令を、ブロックバルブ１０８に対して提供する。その結果、導管１３０及び１３２内の気体の圧力は減少する。
【００６４】
導管１３４及び１３６は、ブリードバルブ１１４に作動的に連結される。方法には、ブリードバルブ１１４を開放しその後閉鎖して、導管１３４及び１３６から第１の量の水素の画分の少なくとも一部を放出する工程が含まれる。
【００６５】
ブロックバルブ１０８及びブリードバルブ１１４は、同時に開放され同時に閉鎖されてよい。代替的には、ブロックバルブ１０８は開放されその後閉鎖され、これに続いてブリードバルブ１１４が開放されその後閉鎖されてよい。
【００６６】
ここで、中圧（３５ＭＰａ）分配脚部について、方法を説明するが、この方法は類似の構成を有するあらゆる分配脚部に応用可能である。
【００６７】
方法には、水素分配ユニット１を介して供給容器１０２から受入容器２１８まで水素を分配する工程が含まれる。水素は、受入容器２１８に分配される前に水素を冷却するため、熱交換器１０６内を通過させられる。分配は、目標量の水素が分配されるまで続行し、目標量が移送された後、分配は終結される。目標量は、目標圧力に達した時点で分配が終結されるように、受入容器２１８についての目標圧力によって設定されてよい。
【００６８】
分配の終結時点で、導管１３０、２３２及び２３３の内部に第１の量の低温水素が捕捉され導管２３４及び２３６の内部に第２の量の水素が捕捉され、導管２３５の内部に第３の量の水素が捕捉されている。第１の量の水素は、バルブ１０４及び１０８の閉鎖時点で捕捉され、熱交換器１０６内で冷却されているため、例えば約−１７．５℃未満又は約−３３℃未満の温度を有する。第１の量の水素は、導管１３０、２３２及び２３３内に圧力を及ぼす。第２の量の水素は、バルブ２０８及び２２６の閉鎖時点で捕捉され、同様に熱交換器１０６内で冷却されているため、例えば約−１７．５℃未満又は約−３３℃未満の温度を有する。第２の量の水素は、導管２３４及び２３６内に圧力を及ぼす。第３の量の水素は、ブロックバルブ２２６及び分配ノズル２１０の閉鎖時点で捕捉される。分配ノズル２１０は内部バルブを有する。第３の量の水素は同様に、熱交換器１０６内で冷却されているため、例えば約−１７．５℃未満又は約−３３℃未満の温度を有する。第３の量の水素は、導管２３５内に圧力を及ぼす。
【００６９】
水素分配ユニットが別の車両の燃料タンクを充填するために待機するアイドル状態にある場合、導管１３０、２３２及び２３３内の第１の量の水素の温度は上昇し、導管２３４及び２３６内の第２の量の水素の温度は上昇し、導管２３５内の第３の量の水素の温度は上昇する。水素の温度上昇につれて、水素の圧力も上昇する。
【００７０】
方法には、第１の量の水素の温度及び圧力の上昇につれて、例えば圧力センサー１０７を用いて導管１３０、２３２及び２３３内の第１の量の水素の圧力を測定する工程が含まれる。圧力センサー１０７は、コントローラ１２０と信号交信状態にあり、圧力を表わす信号をコントローラ１２０に伝送する。
【００７１】
第１の量の水素の圧力が選択された圧力、例えば７０ＭＰａ〜８７．５ＭＰａの範囲内の圧力以上になった場合、コントローラは、コントロールバルブ１０４が閉鎖状態に保たれている間ブロックバルブ２０８を開放しその後閉鎖して導管１３０、２３２及び２３３から第１の量の水素の一画分を除去しかつ導管２３４及び２３６に向って第１の量の画分を移送する信号命令を、ブロックバルブ２０８に対して提供する。その結果、導管１３０、２３２及び２３３内の気体の圧力は減少する。
【００７２】
例示的実施形態において、コントロールバルブ１０４は、分配の終結時点で閉鎖され、捕捉された水素の放出中閉鎖状態に保たれる。変形実施形態においては、ブロックバルブなどの追加の遮断手段を、供給容器１０２とコントロールバルブ１０４の間又はコントロールバルブ１０４と熱交換器１０６の間に配置する場合がある。これらの実施形態においては、分配終結時点で、追加の遮断手段を閉鎖し、コントロールバルブ１０４を例えば最少流量位置で開放状態に保つ一方で、捕捉された水素の放出中、追加の遮断手段を閉鎖状態に保つことができる。
【００７３】
導管２３４及び２３６は、ブリードバルブ２１４に作動的に連結される。方法には、ブリードバルブ２１４を開放しその後閉鎖して、導管２３４及び２３６から第１の量の水素の画分の少なくとも一部及び第２の量の水素の一画分又は全てを放出する工程が含まれる。
【００７４】
ブリードバルブ２１４は、ブロックバルブ２０８が開放される前に又はブロックバルブ２０８と同時に、又はブロックバルブ２０８が開放されて導管１３０及び１３２から一定量の通気された水素を除去した後に、開放されてよい。通気された水素の量は、ブリードバルブ２１４及びブロックバルブ２０８が同時に開放された場合又はブリードバルブ２１４がブロックバルブ２０８の後に開放された場合、第１の量の水素の画分の少なくとも一部が含まれていてよい。ブリードバルブ２１４がブロックバルブ２０８の前に開放される場合、導管２３４及び２３６内に捕捉された水素の一部は、一定量の通気された水素として通気され、こうして第２の１つ以上の導管２３４及び２３６に第１の量の水素の一画分を移送する能力を提供し得る。
【００７５】
一定量の通気された水素の除去後、ブリードバルブ１１４を、ブロックバルブ１０８と同時に又はブロックバルブ１０８が閉鎖された後に閉鎖することができる。例えば、ブロックバルブ２０８及びブリードバルブ２１４を同時に開放し同時に閉鎖してよく、あるいは代替的に、ブロックバルブ２０８を開放しその後閉鎖しそれに続いてブリードバルブ２１４を開放しその後閉鎖してもよい。ブロックバルブ２０８とブリードバルブ２１４が逐次的に作動させられる場合、導管２３４及び２３６内の圧力は、ブリードバルブ２１４からの水素の早期放出に起因して、第１の量の水素の画分の移送のために２３２及び２３３内の圧力よりも低いものであってよい。
【００７６】
方法にはさらに、第２の量の水素の温度上昇につれて、例えば圧力センサー２３８を用いて導管２３４及び２３６内の第２の量の水素の圧力を測定する工程が含まれていてよい。第２の量の水素の圧力が第２の選択された圧力、例えば３５〜４４の範囲内の圧力以上になった場合、コントローラは、ブリードバルブ２１４に対して、開放しその後閉鎖して導管２３４及び２３６から第２の量の水素の一画分又は全てを放出する信号命令を提供する。その結果、導管２３４及び２３６内の水素の圧力は減少する。第２の選択された圧力は第１の選択された圧力と同じであるかまはた異なるものであってよく、異なる場合には、第１の選択された圧力よりも低いものであってよい。
【００７７】
方法には、ブロックバルブ２２６を開放しその後閉鎖して、導管２３５から第３の量の水素の一画分を除去しかつ第３の量の水素の一画分を導管２３４及び２３６まで移送する工程が含まれていてよい。ブロックバルブ２０８及びブロックバルブ２２６は、同時に開放され同時に閉鎖されてよい。さらに、ブリードバルブ２１４は、ブロックバルブ２０８及びブロックバルブ２２６の開放と同時に開放されてよく、ブリードバルブ２１５は、ブロックバルブ２０８及びブロックバルブ２２６の閉鎖と同時に閉鎖されて、捕捉された水素を通気してよい。
【００７８】
方法にはさらに、第３の量の水素の温度上昇につれて、例えば圧力センサー２１６を用いて導管２３５内の第３の量の水素の圧力を測定する工程が含まれていてよい。第３の量の水素の圧力が第３の選択された圧力、例えば３５〜４４の範囲内の圧力以上になった場合、コントローラは、ブロックバルブ２２６に対して、開放しその後閉鎖して導管２３５から第３の量の水素の一画分を除去しかつ導管２３４及び２３６に向って第３の量の水素の画分を移送する信号命令を提供する。その結果、導管２３５内の水素の圧力は減少する。第３の選択された圧力は、第１の選択された圧力及び／又は第２の選択された圧力と同じであっても異なるものであってもよい。
【００７９】
このとき、方法にはさらに、ブリードバルブ２１４を開放及び閉鎖して、導管２３４及び２３６から第３の量の水素の画分の少なくとも一部を放出する工程が含まれていてよい。
【００８０】
別の実施形態において、本発明は、水素分配ユニットのコントロールバルブ１０４内の漏洩を決定するための方法に関する。
【００８１】
漏洩検出方法には、水素分配ユニット１を介して１つ以上の供給容器１０２から受入容器１１８まで水素を分配する工程が含まれる。水素の流速はコントロールバルブ１０４を用いて制御される。水素は、受入容器１１８に分配される前に水素を冷却するため、熱交換器１０６内を通過させられる。分配は、目標量の水素が分配されるまで続行し、目標量が移送された後、分配は終結される。目標量は、目標圧力に達した時点で分配が終結されるように、受入容器１１８についての目標圧力によって設定されてよい。
【００８２】
収容タンク１１８が目標圧力に達した後、ブロックバルブ１０８を閉鎖することにより流れが停止させられる。その後、ブロックバルブ１０８と分配ノズル１１０の間の移送ライン内の圧力は、ブリードバルブ１１４を介して移送ライン内の残留ガスの少なくとも一部を抜き取ることによって例えば約０．３ＭＰａまで低下する。分配ノズルにおける圧力が充分に低下した時点で、分配ノズルはレセプタクル１１２から連結解除される。
【００８３】
分配の終結時点で、コントロールバルブ１０４とブロックバルブ１０８の間の導管１３０及び１３２の内部に、第１の量の低温水素が捕捉される。Ｈ2含有ガスの損失を防ぐため、この残留Ｈ2含有ガスは通気されない。第１の量の水素は、バルブ１０４及び１０８の閉鎖時点で捕捉され、熱交換器１０６内で冷却されているため、例えば約−１７．５℃未満又は約−３３℃未満の温度を有する。第１の量の水素は、導管１３０及び１３２内に圧力を及ぼす。
【００８４】
水素分配ユニットが別の車両の燃料タンクを充填するために待機するアイドル状態にある場合、導管１３０及び１３２内の第１の量の水素の温度は上昇する。温度上昇につれて、圧力も上昇する。
【００８５】
漏洩検出方法には、第１の量の水素の温度及び圧力の上昇につれて、例えば圧力センサー１０７を用いて導管１３０及び１３２内の第１の量の水素の圧力を測定し、こうして測定された圧力上昇を決定するする工程が含まれる。圧力センサー１０７は、コントローラ１２０と信号交信状態にあり、圧力を表わす信号をコントローラ１２０に伝送する。
【００８６】
漏洩検出方法には、測定された圧力上昇と予測された圧力上昇と比較する工程が含まれる。導管１３０及び１３２内の初期圧力及び初期温度から、捕捉された水素の予測された温度上昇について予測される圧力上昇を計算することができる。
【００８７】
漏洩検出方法には、測定された圧力上昇と予測された圧力上昇との比較に応答して、コントロールバルブ（１０４）が漏洩しているか否かを決定する工程が含まれる。比較は、コントローラ１２０を用いて行なわれてよい。
【図１】
2017062024.tif 000003
【外国語明細書】
2017062024000001.pdf