2024-162000 高圧ガス充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162000

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】高圧ガス充填装置

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20241114BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

F17C5/06

F17C13/00 302

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077117

(22)【出願日】2023-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神谷 敏彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 悠人

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BD03

3E172DA90

3E172EA02

3E172EA35

3E172KA03

(57)【要約】

【課題】高圧ガスタンクの高圧ガス充填時の温度上昇を抑制しつつ、車両の重量の増加およびコストの増加を抑制することが可能な高圧ガス充填装置を提供する。
【解決手段】高圧ガス充填装置３は、高圧ガスを通過させて高圧ガスタンク４に充填させる高圧ガス充填系３１を備える。高圧ガス充填系３１は、第１充填経路３１１と、その第１充填経路３１１よりも圧力損失が大きく第１充填経路３１１の少なくとも一部を迂回する第２充填経路３１２と、第１充填経路３１１と第２充填経路３１２とを切り換える電磁弁３１３と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された高圧ガスタンクに高圧ガスを充填する高圧ガス充填装置であって、
前記高圧ガスを通過させて前記高圧ガスタンクに充填させる高圧ガス充填系を備え、
前記高圧ガス充填系は、第１充填経路と、前記第１充填経路よりも圧力損失が大きく前記第１充填経路の少なくとも一部を迂回する第２充填経路と、前記第１充填経路と前記第２充填経路とを切り換える電磁弁と、を有することを特徴とする高圧ガス充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両に搭載された高圧ガスタンクに高圧ガスを充填する高圧ガス充填装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から高圧ガス貯蔵タンクに貯蔵されている高圧ガスを被充填タンクに充填するための高圧ガス充填方法、高圧ガス充填装置およびこの高圧ガス充填装置を搭載した車両に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１は、車両に搭載される水素充填装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－３０９３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載された水素充填装置は、水素充填ステーションから供給されてボルテックスチューブで分離された高温ガスを、車体フレームおよびクーラントと熱交換させて冷却する熱交換器を備えている。そのため、水素充填装置が搭載される車両全体での重量が増加するとともに、車両のコストが増加するおそれがある。

【0005】

本開示は、高圧ガスタンクの高圧ガス充填時の温度上昇を抑制しつつ、車両の重量の増加およびコストの増加を抑制することが可能な高圧ガス充填装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、車両に搭載された高圧ガスタンクに高圧ガスを充填する高圧ガス充填装置であって、前記高圧ガスを通過させて前記高圧ガスタンクに充填させる高圧ガス充填系を備え、前記高圧ガス充填系は、第１充填経路と、前記第１充填経路よりも圧力損失が大きく前記第１充填経路の少なくとも一部を迂回する第２充填経路と、前記第１充填経路と前記第２充填経路とを切り換える電磁弁と、を有することを特徴とする高圧ガス充填装置である。

【発明の効果】

【0007】

本開示の上記一態様によれば、高圧ガスタンクの高圧ガス充填時の温度上昇を抑制しつつ、車両の重量の増加およびコストの増加を抑制することが可能な高圧ガス充填装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示に係る高圧ガス充填装置の実施形態を示す概略的な構成図。

【図2】図１に示す高圧ガス充填装置による高圧ガス充填時のフロー図。

【図3】高圧ガスタンクの温度と第２充填経路の内径との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示に係る高圧ガス充填装置の実施形態を説明する。

【0010】

図１は、本開示に係る高圧ガス充填装置の実施形態を示す概略的な構成図である。本実施形態の高圧ガス充填装置３は、たとえば、燃料電池自動車（ＦＣＶ）などの車両１に搭載される。車両１は、たとえば、レセプタクル２と、高圧ガス充填装置３と、高圧ガスタンク４と、ガス供給系５と、を備えている。車両１は、たとえば、複数の高圧ガスタンク４を備えている。また、図示は省略するが、車両１は、たとえば、燃料電池と、モータを含む駆動系と、制御装置と、を備えている。

【0011】

レセプタクル２は、たとえば、水素ステーションなどの高圧ガス供給施設において、水素などの高圧ガスを供給する高圧ガスノズルを接続させる。高圧ガス充填装置３は、たとえば、高圧ガスノズルからレセプタクル２を介して供給される高圧ガスを通過させて高圧ガスタンク４に充填させる高圧ガス充填系３１を備えている。高圧ガス充填系３１は、たとえば、第１充填経路３１１と、第２充填経路３１２と、電磁弁３１３と、を有している。

【0012】

高圧ガス充填系３１の第１充填経路３１１は、たとえば、レセプタクル２に接続される上流配管３１１ａと、上流配管３１１ａの下流側の端部に接続されるマニホールド３１１ｂと、そのマニホールド３１１ｂと各々の高圧ガスタンク４とを接続する下流配管３１１ｃとを含む。また、第１充填経路３１１は、たとえば、上流配管３１１ａとマニホールド３１１ｂとの間に、マニホールド３１１ｂから上流配管３１１ａへの高圧ガスの逆流を防止する逆止弁３１１ｄを有している。

【0013】

高圧ガス充填系３１の第２充填経路３１２は、たとえば、第１充填経路３１１よりも圧力損失が大きく、第１充填経路３１１の少なくとも一部を迂回している。より具体的には、たとえば、第２充填経路３１２を構成する配管３１２ａの内径が、第１充填経路３１１を構成する上流配管３１１ａ、マニホールド３１１ｂ、下流配管３１１ｃ、および逆止弁３１１ｄの内径よりも小さいことで、第２充填経路３１２の圧力損失が第１充填経路３１１の圧力損失よりも大きくなっている。

【0014】

また、第２充填経路３１２は、たとえば、第２充填経路３１２を構成する配管３１２ａが第１充填経路３１１の上流配管３１１ａの上流部から分岐してマニホールド３１１ｂに接続されることで、第１充填経路３１１の一部を迂回している。また、第２充填経路３１２は、第２充填経路３１２を構成する配管３１２ａとマニホールド３１１ｂとの間に、マニホールド３１１ｂから配管３１２ａへの高圧ガスの逆流を防止する逆止弁３１２ｂを有している。

【0015】

高圧ガス充填系３１の電磁弁３１３は、たとえば、第１充填経路３１１と第２充填経路３１２との分岐点に設けられている。電磁弁３１３は、たとえば、車両１の制御装置によって制御され、高圧ガス充填系３１の第１充填経路３１１と第２充填経路３１２とを切り換える。すなわち、電磁弁３１３は、たとえば、車両１の制御装置によって制御され、高圧ガスが第１充填経路３１１のみを通過する第１充填状態と、高圧ガスが第２充填経路３１２を通過して第１充填経路３１１の少なくとも一部を迂回する第２充填状態とを切り換える。

【0016】

第１充填状態は、高圧ガスノズルからレセプタクル２を介して供給される高圧ガスが、上流配管３１１ａ、逆止弁３１１ｄ、マニホールド３１１ｂ、および下流配管３１１ｃを含む第１充填経路３１１のみを通過して、高圧ガスタンク４に供給される状態である。この第１充填状態において、電磁弁３１３は、たとえば、第１充填経路３１１の上流配管３１１ａを開閉する弁を開き、第２充填経路３１２の配管３１２ａを開閉する弁を閉じる。

【0017】

第２充填状態は、高圧ガスノズルからレセプタクル２を介して供給される高圧ガスが、第２充填経路３１２を通過することで、第１充填経路３１１の少なくとも一部を迂回して、高圧ガスタンク４に供給される状態である。この第２充填状態において、電磁弁３１３は、たとえば、第１充填経路３１１の上流配管３１１ａを開閉する弁を閉じ、第２充填経路３１２の配管３１２ａを開閉する弁を開く。

【0018】

高圧ガスタンク４は、高圧ガスノズルから高圧ガス充填装置３を介して供給される高圧ガスによって充填される。高圧ガスタンク４は、たとえば、開閉弁、逆止弁、切換弁、および安全弁などを含む。また、高圧ガスタンク４は、たとえば、充填された高圧ガスを、開閉弁、逆止弁、および切換弁を介して、ガス供給系５へ供給する。

【0019】

ガス供給系５は、たとえば、高圧ガスタンク４から供給される高圧ガスを減圧し、その減圧されたガスを燃料電池などのガスを消費する装置へ供給する。ガス供給系５は、たとえば、上流配管５１と、マニホールド５２と、下流配管５３と、減圧弁５４とを有している。

【0020】

上流配管５１は、各々の高圧ガスタンク４とマニホールド５２とを接続している。マニホールド５２には、各々の上流配管５１の下流側の端部と、下流配管５３の上流側の端部が接続されている。下流配管５３は、マニホールド５２とガスを消費する装置とを接続する。減圧弁５４は、下流配管５３に設けられ、高圧ガスタンク４から供給される高圧ガスを減圧する。

【0021】

図２は、図１に示す高圧ガス充填装置３による高圧ガス充填時のフロー図である。車両１の制御装置は、図２に示す処理フローが開始されると、高圧ガス充填ステーションに到着したか否かを判定する処理Ｐ１を実行する。

【0022】

この処理Ｐ１において、制御装置は、たとえば、車両１の位置情報または車両１の乗員による情報入力に基いて、ステーションに到着していないこと（ＮＯ）を判定すると、この処理Ｐ１を繰り返す。一方、処理Ｐ１において、制御装置は、車両１が高圧ガス充填ステーションに到着したこと（ＹＥＳ）を判定すると、充填速度を選択する処理Ｐ２を実行する。

【0023】

この処理Ｐ２において、制御装置は、たとえば、通信装置を介して高圧ガス充填ステーションと通信できた場合に高速充填を選択し、通信できなかった場合に低速充填を選択する。また、制御装置は、たとえば、車両１の乗員が高圧ガスの充填速度を選択可能なスイッチの切り替え状態に応じて高速充填と低速充填を選択してもよい。制御装置は、その後、処理Ｐ３を実行する。

【0024】

この処理Ｐ３において、制御装置は、前の処理Ｐ２で低速充填が選択されたか否かを判定する。この処理Ｐ３において、制御装置は、前の処理Ｐ２で低速充填が選択されたこと（ＹＥＳ）を判定すると、第１充填経路３１１の一部を第２充填経路３１２に切り換える処理Ｐ４を実行する。

【0025】

この処理Ｐ４において、制御装置は、たとえば、電磁弁３１３を制御して、高圧ガス充填系３１における高圧ガスの充填経路の一部を、第１充填経路３１１から第２充填経路３１２に切り換える。すなわち、制御装置は、電磁弁３１３において、第１充填経路３１１を開閉する弁を閉じ、第２充填経路３１２を開閉する弁を開く。その後、制御装置は、充填リッドを開く処理Ｐ５を実行する。

【0026】

一方、処理Ｐ３において、制御装置は、前の処理Ｐ２で高速充填が選択されたこと（ＮＯ）を判定すると、電磁弁３１３において、第１充填経路３１１を開閉する弁が開き、第２充填経路３１２を開閉する弁が閉じた状態を維持する。これにより、第１充填経路３１１を迂回する第２充填経路３１２が閉鎖され、高圧ガス充填系３１の高圧ガスの充填経路の全体が第１充填経路３１１のみによって構成される。その後、制御装置は、充填リッドを開く処理Ｐ５を実行する。

【0027】

処理Ｐ５において、制御装置は、車両１の充填リッドを開く。その後、車両１の乗員は、たとえば、高圧ガス充填ステーションの高圧ガスノズルを車両１のレセプタクル２に接続し（工程Ｐ６）、高圧ガスの充填を開始する（工程Ｐ７）。その後、高圧ガス充填ステーションは、たとえば、所定の条件が満たされた場合に、高圧ガスの充填を終了させる処理Ｐ８を実行することで、図２に示す処理フローが終了する。

【0028】

以下、前述の特許文献１に記載された従来の水素充填装置との対比に基いて、本実施形態の高圧ガス充填装置３の作用を説明する。

【0029】

上記特許文献１に記載された水素充填装置は、水素充填ステーションから供給されてボルテックスチューブで分離された高温ガスを、車体フレームおよびクーラントと熱交換させて冷却する熱交換器を備えている。そのため、水素充填装置が搭載される車両全体での重量が増加するとともに、車両のコストが増加するおそれがある。

【0030】

また、車両１の高圧ガスタンク４に水素などの高圧ガスを充填する際には、高圧ガス充填ステーションが、車両１から高圧ガスタンク４の温度や圧力などの情報を受信しながら高圧ガスの供給を制御して、高圧ガスタンク４の温度を所定の温度以下に維持する。しかし、車両１と高圧ガス充填ステーションとの通信が確立できない場合、高圧ガスの充填時に高圧ガスタンク４の温度が所定の温度を超えるおそれがある。

【0031】

これに対し、本実施形態の高圧ガス充填装置３は、車両１に搭載された高圧ガスタンク４に高圧ガスを充填する装置であって、高圧ガスを通過させて高圧ガスタンク４に充填させる高圧ガス充填系３１を備えている。高圧ガス充填系３１は、第１充填経路３１１と、その第１充填経路３１１よりも圧力損失が大きく第１充填経路３１１の少なくとも一部を迂回する第２充填経路３１２と、第１充填経路３１１と第２充填経路３１２とを切り換える電磁弁３１３と、を有する。

【0032】

このような構成により、本実施形態の高圧ガス充填装置３は、たとえば、車両１と高圧ガス充填ステーションとの通信が確立できない場合に、電磁弁３１３によって第１充填経路３１１の少なくとも一部を、第２充填経路３１２に切り換えることができる。これにより、高圧ガスタンク４への高圧ガスの充填時に、第１充填経路３１１のみを使用する場合と比較して高圧ガス充填系３１の圧力損失が増加し、高圧ガスタンク４に対する高圧ガスの充填速度が低下する。

【0033】

その結果、高圧ガス充填時の高圧ガスタンク４の温度上昇が抑制され、車両１と高圧ガス充填ステーションとの通信が確立できない場合でも、高圧ガスタンク４の温度を所定の温度以下に維持することができる。また、本実施形態の高圧ガス充填装置３は、熱交換器を必要しないため、車両１の重量の増加およびコストの増加を抑制することができる。

【0034】

また、車両１と高圧ガス充填ステーションとの通信が確立できた場合には、第１充填経路３１１のみを用いて高圧ガスタンク４に高圧ガスを充填することで、充填速度を低下させず、高圧ガスタンク４に対する高圧ガスの十分な充填量を確保することができる。なお、第１充填経路３１１を構成する配管としては、たとえば、７０ＭＰａ用の配管を使用することができ、第２充填経路３１２を構成する配管としては、７０ＭＰａ用の配管よりも内径が小さい３５ＭＰａ用の配管を使用することができる。

【0035】

図３は、高圧ガス充填時の高圧ガスタンク４の温度と第２充填経路３１２の内径との関係の一例を示すグラフである。たとえば、図３に示すように、第２充填経路３１２の内径を１ｍｍ以下にすることで、高圧ガス充填時の高圧ガスタンク４の温度を８５℃以下に抑制することができる。

【0036】

以上、図面を用いて本開示に係る高圧ガス充填装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

【符号の説明】

【0037】

１ 車両
３ 高圧ガス充填装置
４ 高圧ガスタンク
３１ 高圧ガス充填系
３１１ 第１充填経路
３１２ 第２充填経路
３１３ 電磁弁

【図1】

【図2】

【図3】