JP4121899B2

JP4121899B2 - Hydrogen filling method and hydrogen filling apparatus for pressure hydrogen tank

Info

Publication number: JP4121899B2
Application number: JP2003156990A
Authority: JP
Inventors: 貴寛栗岩; 亮史竹縄; 芳雄縫谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP2004360728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧力水素タンクへの水素充填方法および水素充填装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスなどを改質して生成した水素を燃料電池車両などに搭載された水素貯蔵手段（例えば、タンク）に充填する装置としては、例えば、特許文献１に開示された水素充填装置が知られている。
この装置では、改質した水素を圧縮機で昇圧して圧力容器に貯蔵しておき、この圧力容器に貯蔵された水素を燃料電池車両の水素貯蔵手段に充填する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１３９４０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の水素充填システムでは、単なる圧力容器に貯蔵された水素を燃料電池車両の水素貯蔵手段に移しているだけであるので、水素貯蔵手段に水素を満充填するためには、圧力容器の貯蔵圧力を水素貯蔵手段の定格圧力（満充填圧力）よりも高圧にしなければならず、そのため圧縮機なども高圧仕様を用いる必要があり、エネルギーロスが大きくなるという問題がある。
【０００５】
また、従来のように単なる圧力容器に貯蔵された水素を燃料電池車両の水素貯蔵手段に移す方法では、圧力容器から水素貯蔵手段への水素移送が可能なのは、圧力容器と水素貯蔵手段の圧力が平衡するまでであり、圧力が平衡してしまうとそれ以上は水素充填が不可能になる。そのため、水素貯蔵手段に定格圧力で水素を満充填するためには、水素貯蔵手段よりも十分に大きな容積の圧力容器が必要であり、システム容積（設置スペース）が大きくなる。
そこで、この発明は、システム容積を小さくでき、貯蔵圧力の低圧化が可能な圧力水素タンクへの水素充填方法および水素充填装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、圧力水素タンク（例えば、後述する実施の形態における圧力水素タンク５０）に水素を充填する水素充填装置（例えば、後述する実施の形態における水素充填装置１）であって、水素を加圧貯蔵する水素供給タンク（例えば、後述する実施の形態における水素供給タンク５，６）と、水素吸蔵合金（例えば、後述する実施の形態における水素吸蔵合金ＭＨ１）を備えた水素貯蔵器（例えば、後述する実施の形態における貯蔵部１１）と、前記水素供給タンクと前記圧力水素タンク、および、前記水素貯蔵器と前記圧力水素タンクを接続する充填用水素流路（例えば、後述する実施の形態におけるガス流路２７〜３０）と、前記水素供給タンクに加熱用水素流路（例えば、後述する実施の形態におけるガス流路２３，２４，２６）を介して接続され、水素を吸蔵させることで昇温する水素吸蔵合金（例えば、後述する実施の形態における水素吸蔵合金ＭＨ２）を有するヒータ（例えば、後述する実施の形態におけるヒータ部１２）と、を備え、前記水素供給タンクおよび前記水素貯蔵器の貯蔵圧力を前記圧力水素タンクの満充填圧力よりも低く設定し、前記水素供給タンクに加圧貯蔵された水素を前記充填用水素流路を介して前記圧力水素タンクにほぼ圧力平衡するまで充填した後、前記水素供給タンクに残留する水素を前記加熱用水素流路を介して前記ヒータに供給し、該ヒータによって前記水素貯蔵器の水素吸蔵合金を加熱することにより該水素貯蔵器の水素の圧力を満充填圧力以上にし、該水素貯蔵器の水素を前記充填用水素流路を介して圧力水素タンクに充填することを特徴とする水素充填装置である。
【０００７】
このように構成することにより、水素供給タンクの水素を加熱用水素流路を介してヒータに導入して該ヒータの水素吸蔵合金に吸蔵させることにより該ヒータを昇温することができる。このヒータで水素貯蔵器を加熱することにより該水素貯蔵器の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を昇圧して放出し、該水素を充填用水素流路を介して圧力水素タンクに充填することが可能になる。
また、水素供給タンクおよび水素貯蔵器の貯蔵圧力を圧力水素タンクの満充填圧力よりも低く設定しても、圧力水素タンクに水素を満充填圧力で満充填することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記ヒータと水素貯蔵器は一体であることを特徴とする。
このように構成することにより、水素貯蔵器とヒータとの熱交換において熱損失を低減できすることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、圧力水素タンク（例えば、後述する実施の形態における圧力水素タンク５０）に水素を充填する方法であって、前記圧力水素タンクの満充填圧力よりも低い所定の貯蔵圧力で水素供給タンク（例えば、後述する実施の形態における水素供給タンク５，６）に加圧貯蔵された水素を、前記圧力水素タンクにほぼ圧力平衡するまで充填し、次に、前記水素供給タンクに残留した水素をヒータ（例えば、後述する実施の形態におけるヒータ部１２）としての水素吸蔵合金（例えば、後述する実施の形態における水素吸蔵合金ＭＨ２）に吸蔵させることにより該ヒータを昇温し、このヒータで水素貯蔵器（例えば、後述する実施の形態における貯蔵部１１）を加熱することにより、前記圧力水素タンクの満充填圧力よりも低い所定の貯蔵圧力で該水素貯蔵器の水素吸蔵合金（例えば、後述する実施の形態における水素吸蔵合金ＭＨ１）に吸蔵されている水素を、前記圧力水素タンクの満充填圧力以上に昇圧して放出し、該水素を前記圧力水素タンクに充填することを特徴とする圧力水素タンクへの水素充填方法である。
【００１１】
このように構成することにより、水素供給タンクおよび水素貯蔵器の貯蔵圧力を圧力水素タンクの満充填圧力よりも低く設定しても、圧力水素タンクに水素を満充填圧力で満充填することができる。
また、圧力水素タンクへの高圧側の充填に、水素貯蔵器の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を充填しているので、高圧充填における充填効率を高めることができる。
さらに、水素供給タンクに残留する余剰の水素をヒータに導入して該ヒータを昇温しているので、外部熱源なしでヒータを昇温することが可能になるとともに、水素を有効に利用することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記圧力水素タンクに水素の充填を終了した後、前記ヒータの水素吸蔵合金に吸蔵させた水素を、前記水素供給タンクあるいは前記水素貯蔵器に戻すことを特徴とする。
このように構成することにより、ヒータに導入した水素を無駄なく有効に利用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る圧力水素タンクへの水素充填方法および水素充填装置の実施の形態を図１および図２の図面を参照して説明する。
初めに、図１を参照して水素充填装置の構成を説明する。この実施の形態における水素充填装置１は、燃料電池車両（以下、車両）ＦＣＶに搭載された圧力水素タンク５０に水素を充填する態様である。
【００１４】
水素充填装置１は、改質燃料供給源２から供給される改質燃料（例えば、都市ガスやガソリンなど）を改質してガス状の水素を生成する改質器（水素供給装置）３と、改質器３から流出する水素ガスに含まれる不純物（ＣＯ_２やＮ_２など）を除去する水素浄化器４と、水素浄化器４により不純物を除去された水素を加圧貯蔵する二つの水素供給タンク５，６と、水素浄化器４により不純物を除去された水素を貯蔵する水素貯蔵タンク１０と、改質器３により改質されたガスを水素浄化器４に圧送するポンプ７と、水素浄化器４により不純物を除去された水素を昇圧して水素供給タンク５，６および水素貯蔵タンク１０に供給するコンプレッサ８を主要構成としている。なお、以下の説明において必要があるときは、二つの水素供給タンク５，６を、ＮＯ．１水素供給タンク５、ＮＯ．２水素供給タンク６として区別する。
【００１５】
水素供給タンク５，６は、内部が空洞の単なる圧力容器で構成されている、
水素貯蔵タンク１０は、二重構造をなし、中央に貯蔵部（水素貯蔵器）１１が形成され、貯蔵部１１の周囲を取り囲むようにヒータ部（ヒータ）１２が形成されている。貯蔵部１１とヒータ部１２は熱伝達性のよい隔壁によって仕切られており、両者の間で熱の授受は可能であるが、両者の間で水素が直接に流通するのは阻止されている。貯蔵部１１とヒータ部１２には解離圧特性を異にする水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２が収納されている。
【００１６】
周知のように、水素吸蔵合金は、水素吸蔵合金の温度が高いほど水素解離圧（水素放出平衡圧）が高くなる特性（すなわち、解離圧特性）を有している。
図２は、この実施の形態に用いられる水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２の解離圧特性図の一例であり、横軸に水素吸蔵合金の絶対温度の逆数（１／Ｔ）、縦軸に水素解離圧の対数（ｌｏｇＰ）をとっている。
この解離圧特性図からわかるように、同一温度条件において比較したときに、貯蔵部１１に収納された水素吸蔵合金ＭＨ１の水素解離圧の方が、ヒータ部１２に収納された水素吸蔵合金ＭＨ２の水素解離圧よりも高く、そのような解離圧特性を有する水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２が選択されている。
【００１７】
なお、図２に示される例では、貯蔵部１１に収納された水素吸蔵合金ＭＨ１は、合金温度が４０°Ｃ弱において水素解離圧が１０ＭＰａ程度となり、合金温度が約７０゜Ｃにおいて水素解離圧が４２ＭＰａとなる解離圧特性を有している。
また、ヒータ部１２に収納された水素吸蔵合金ＭＨ２は、合金温度が４０°弱Ｃにおいて水素解離圧が１ＭＰａ弱となり、合金温度が約７０゜Ｃで水素解離圧が４ＭＰａ弱となる解離圧特性を有している。
【００１８】
都市ガス等の改質燃料は改質燃料供給源２から燃料流路２１を介して改質器３に供給され、改質器３で改質されたガスはポンプ７で昇圧されガス流路２２を介して水素浄化器４に供給される。
水素浄化器４で不純物を除去された水素はコンプレッサ８によって昇圧される。コンプレッサ８によって昇圧された水素は、ガス流路２３，２４，２５，２６を介して、ＮＯ．１水素供給タンク５、ＮＯ．２水素供給タンク６、水素貯蔵タンク１０の貯蔵部１１、ヒータ部１２に供給可能にされている。
【００１９】
ＮＯ．１水素供給タンク５に貯蔵された水素はガス流路２７を介してディスペンサユニット９に供給可能にされ、ＮＯ．２水素供給タンク６に貯蔵された水素はガス流路２８を介してディスペンサユニット９に供給可能にされ、水素貯蔵タンク１０の貯蔵部１１に貯蔵された水素はガス流路２９を介してディスペンサユニット９に供給可能にされている。
ディスペンサユニット９はガス流路３０と図示しないコネクタを介して車両ＦＣＶの圧力水素タンク５０に接続可能にされており、ディスペンサユニット９に供給された水素を圧力水素タンク５０に充填可能にされている。
また、水素貯蔵タンク１０のヒータ部１２に貯蔵された水素はガス流路３１を介してコンプレッサ８のサクション側に導入可能にされている。
【００２０】
また、ＮＯ．１水素供給タンク５の上流および下流にはバルブＶ１，Ｖ２が設けられ、ＮＯ．２水素供給タンク６の上流および下流にはバルブＶ３，Ｖ４が設けられ、水素貯蔵タンク１０の貯留部１１の上流および下流にはバルブＶ５，Ｖ６が設けられ、水素貯蔵タンク１０のヒータ部１２の上流および下流にはバルブＶ７，Ｖ８が設けられ、さらにディスペンサユニット９の下流にはバルブＶ９が設けられている。
【００２１】
ポンプ７、コンプレッサ８、バルブＶ１〜Ｖ９は図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御される。また、車両ＦＣＶの圧力水素タンク５０には、圧力水素タンク５０内の圧力を検出する圧力センサ５１が設けられており、ディスペンサユニット９と圧力水素タンク５０をガス流路３０を介して接続すると、圧力センサ５１が前記ＥＣＵに自動的に接続され、圧力センサ５１の出力信号がＥＣＵに入力されるように構成されている。
【００２２】
次に、この水素充填装置１を用いて車両ＦＣＶの圧力水素タンク５０に水素を満充填する方法を、図３に示すフローチャートに従って説明する。
今、圧力水素タンク５０の定格圧力Ｐｆ、すなわち満充填時の圧力水素タンク内圧力が３５ＭＰａに設定されているものとし、水素貯蔵タンク１０の貯蔵部１１およびヒータ部１２に収納されている水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２がそれぞれ図２に示す解離圧特性を有するものとする。
また、水素充填処理を開始する前の状態では、水素貯蔵タンク１０のヒータ部１２および車両ＦＣＶの圧力水素タンク５０は殆ど空の状態で、水素が殆ど充填されていないものとし、このときの圧力水素タンク５０内の圧力はほぼ大気圧（約０．１ＭＰａ）である。
さらに、水素供給タンク５，６、および圧力水素タンク５０の内容量は１００リットルで、水素貯蔵タンク１０の貯蔵部１１とヒータ部１２には２０リットルの水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金が収納されているものとする。
【００２３】
初めに、ステップＳ１０１において、コンプレッサ８を運転して水素の圧力を圧力水素タンク５０の定格圧力Ｐｆよりも低い圧力Ｐ１（例えば、３０ＭＰａ。以下、Ｐ１を３０ＭＰａとした場合で説明する）まで昇圧し、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ５を開き、バルブＶ２，Ｖ４，Ｖ６〜Ｖ９を閉じて、圧力Ｐ１の水素をガス流路２３〜２５を介して水素供給タンク５，６および水素貯蔵タンク１０の貯蔵部１１に満充填する。水素供給タンク５，６および貯蔵部１１内の水素圧力がＰ１になったら、コンプレッサ８を停止し、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ５を閉じる。
【００２４】
次に、ステップＳ１０２において、バルブＶ２，Ｖ９を開いて、ＮＯ．１水素供給タンク５に貯蔵されている水素をガス流路２７，３０およびディスペンサユニット９を介して圧力水素タンク５０に充填する（以下、ＮＯ．１水素供給タンク５から圧力水素タンク５０への水素充填を第１水素充填と称す）。ここで、ＮＯ．１水素供給タンク５から圧力水素タンク５０への水素の移動は、ＮＯ．１水素供給タンク５内の圧力と圧力水素タンク５０内の圧力がほぼ等圧になると不可能になる。そこで、圧力センサ５１によって検出した圧力が殆ど変動しなくなったとき（例えば、所定時間における圧力上昇幅が所定以下になったとき）を第１水素充填の終点と判定して、バルブ２，Ｖ９を閉じ、第１水素充填を終了することができる。
なお、前述した条件下の場合には、第１水素充填の終了時点で、約１ｋｇの水素がＮＯ．１水素供給タンク５から圧力水素タンク５０に充填され、水素供給タンク５および圧力水素タンク５０の圧力は約１４．５ＭＰａになる。
【００２５】
次に、ステップＳ１０３において、バルブＶ４，Ｖ９を開いて、ＮＯ．２水素供給タンク６に貯蔵されている水素をガス流路２８，３０およびディスペンサユニット９を介して圧力水素タンク５０に充填する（以下、ＮＯ．２水素供給タンク６から圧力水素タンク５０への水素充填を第２水素充填と称す）。第２水素充填の終点は第１水素充填の場合と同様の手法で判定することができるので、第２水素充填の終点であると判定されたときにバルブ４，Ｖ９を閉じ、第２水素充填を終了することができる。
なお、前述した条件下の場合には、第２水素充填の終了時点で、約０．３５ｋｇの水素がＮＯ．２水素供給タンク６から圧力水素タンク５０に充填され、ＮＯ．２水素供給タンク６および圧力水素タンク５０の圧力は約２２．０ＭＰａになる。
【００２６】
次に、ステップＳ１０４において、バルブＶ１，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ９を開き、ＮＯ．１水素供給タンク５に残留する水素をヒータ部１２に供給することによりヒータ部１２を昇温し、貯蔵部１１を加熱して貯蔵部１１に貯蔵されている水素を圧力水素タンク５０に充填する。
詳述すると、バルブＶ１，Ｖ７を開くことにより、ＮＯ．１水素供給タンク５とヒータ部１２とが接続されるので、ＮＯ．１水素供給タンク５に残留する水素がその残圧によってヒータ部１２に供給される。ヒータ部１２はほぼ空の状態であり、そこに水素を供給すると、供給された水素がヒータ部１２の水素吸蔵合金ＭＨ２に吸蔵される。そして、ヒータ部１２の出口側のバルブＶ８が閉ざされていることから、ヒータ部１２内が徐々に昇圧していき、これに伴って水素吸蔵合金ＭＨ２が温度上昇する。このヒータ部１２の熱は貯蔵部１１に伝達され、貯蔵部１１の水素吸蔵合金ＭＨ１を加熱する。
このように、ヒータ部１２に水素を供給することによって貯蔵部１１の水素吸蔵合金ＭＨ１を７０°Ｃまで加熱し、貯蔵部１１に貯蔵された水素の圧力を約４２ＭＰａまで昇圧する。これにより、貯蔵部１１に貯蔵されている水素がガス流路２９，３０およびディスペンサユニット９を介して圧力水素タンク５０に充填される（以下、貯蔵部１１から圧力水素タンク５０への水素充填を第３水素充填と称す）。
【００２７】
次に、ステップＳ１０５において、圧力センサ５１により検出された圧力水素タンク５０内の圧力が定格圧力Ｐｆ（３５ＰＭａ）以上か否かを判定し、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１０４に戻って第３水素充填を継続し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、圧力水素タンク５０が満充填されたので、総てのバルブＶ１〜Ｖ９を閉じて、水素充填処理を終了する。
なお、前述した条件下の場合には、第３水素充填の終了時点で、約０．６５ｋｇの水素が貯蔵部１１から圧力水素タンク５０に充填され、第１、第２、第３水素充填によって圧力水素タンク５０には合計約２ｋｇの水素が充填されたことになる。
【００２８】
また、第３水素充填において、ＮＯ．１水素供給タンク５に残留する水素をヒータ部１２に供給するだけでは圧力水素タンク５０を定格圧力にすることができないときには、ＮＯ．２水素供給タンク６に残留する水素をヒータ部１２に供給し、それでも足りないときには、コンプレッサ８を運転して水素浄化器４から水素をヒータ部１２に供給する。
【００２９】
この実施の形態において、ガス流路２３，２４，２６は、水素供給タンク５，６とヒータ部１２とを接続する加熱用水素流路を構成し、ガス流路２７〜３０は、水素供給タンク５，６と圧力水素タンク５０、および、貯蔵部１１と圧力水素タンク５０を接続する充填用水素流路を構成する。
【００３０】
そして、水素充填処理が終了した後、すなわち、圧力水素タンク５０への非充填時に、貯蔵部１１への水素貯蔵およびヒータ部１２からの水素放出処理を行い、次回の水素充填処理のための準備を行う。
以下、貯蔵部１１への水素貯蔵およびヒータ部１２からの水素放出処理について説明する。
まず、バルブＶ８を開き、バルブＶ１〜Ｖ７，Ｖ９を閉じて、ヒータ部１２に残留する水素をガス流路３１を介してコンプレッサ８のサクション側に戻す。
次に、バルブＶ５を開き、コンプレッサ８を運転して、貯蔵部１１に水素を供給する。圧力水素タンク５０への水素充填終了後においては貯蔵部１１はほぼ空の状態になっているので、貯蔵部１１に水素を供給すると、供給された水素が貯蔵部１１の水素吸蔵合金ＭＨ１に吸蔵される。そして、貯蔵部１１の出口側のバルブＶ６が閉ざされていることから、貯蔵部１１内が徐々に昇圧されていき、これに伴って水素吸蔵合金ＭＨ１が温度上昇する。この貯蔵部１１の熱はヒータ部１２に伝達されるので、貯蔵部１１は冷却され、ヒータ部１２は加熱されて水素吸蔵合金ＭＨ２が温度上昇する。ヒータ部１２の水素吸蔵合金ＭＨ２が温度上昇することによりヒータ部１２内の水素が昇圧され、その結果、ヒータ部１２内の水素がガス流路３１を介してコンプレッサ８のサクション側に戻される。ヒータ部１２内の水素が放出されるとヒータ部１２内の水素圧力が低下して、ヒータ部１２の温度が低下する。
【００３１】
このようにヒータ部１２内の水素を放出してヒータ部１２を冷却すると、ヒータ部１２が貯蔵部１１から熱を奪って貯蔵部１１を冷却するので、貯蔵部１１の水素吸蔵合金ＭＨ１により多くの水素を吸蔵させることができる。また、ヒータ部１２から放出させた水素をコンプレッサ８を介して貯蔵部１１に貯蔵することができるので、ヒータ部１２に供給した水素を無駄なく有効に利用することができる。さらに、ヒータ部１２内に残留する水素を減少させることができるので、次回の水素充填処理時にヒータ部１２に水素を供給したときにヒータ部１２を迅速に且つ確実に昇温させることができる。
そして、貯蔵部１１内の圧力がＰ１（３０ＭＰａ）となったならば、バルブＶ５，Ｖ８を閉じて、貯蔵部１１への水素貯蔵処理を終了する。
【００３２】
なお、必要に応じて、ヒータ部１２に加熱手段を設けておき、該加熱手段によってヒータ部１２をさらに加熱し、ヒータ部１２からの水素放出を促進させてもよい。
その場合、図１に示すように、加熱手段をヒータ部１２に設けられた熱媒流路１３によって構成し、熱媒流路１３に熱媒体を流通させることによってヒータ部１２を加熱することができる。さらに、熱媒流路１３に流通させる熱媒体としては燃料電池４０の冷却水を用いることができ、その場合には、熱媒流路１３と燃料電池４０の冷却水通路４１を冷却水流路４２によって接続する。このようにすると、燃料電池４０の廃熱を利用してヒータ部１２を加熱することができる。なお、燃料電池４０の燃料には改質器３で生成された水素を用いることができ、ガス流路２２から分岐したガス流路３２を介して低圧の水素を燃料電池４０に供給する。
ただし、その場合には、改質器３で生成された水素は車両ＦＣＶの圧力水素タンク５０への水素充填に優先的に使用し、燃料電池４０には余剰水素が発生したときだけ供給されるようにする。
【００３３】
なお、貯蔵部１１への水素貯蔵およびヒータ部１２からの水素放出処理を行っているときに、バルブＶ１，Ｖ３を開いて水素供給タンク５，６への水素充填を同時に行ってもよい。このようにすると、ヒータ部１２から放出させた水素をコンプレッサ８を介して水素供給タンク５，６にも戻すことができる。
また、このように圧力水素タンク５０への非充填時に貯蔵部１１および水素供給タンク５，６への水素貯蔵および充填を行っておくと、次回の圧力水素タンク５０への水素充填処理を実行する際には、ステップＳ１０１の処理を省略することもできる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態における水素充填装置１および水素充填方法によれば、水素吸蔵合金ＭＨ１を収納した貯蔵部１１と水素吸蔵合金ＭＨ２を収納したヒータ部１２を備え、ヒータ部１２に水素を供給することでヒータ部１２を昇温し、このヒータ部で貯蔵部１１を加熱し、貯蔵部１１に貯蔵されている水素を放出し圧力水素タンク５０に充填しているので、水素供給タンク５，６、および、貯蔵部１１の水素貯蔵圧力を圧力水素タンク５０の定格圧力（満充填圧力）Ｐｆよりも低く設定して、圧力水素タンク５０に定格圧力Ｐｆの水素を満充填することができる。したがって、コンプレッサ８が比較的に低圧の仕様で間に合うようになり、高圧仕様に伴うエネルギーロスを低減することができる。
【００３５】
特に、この実施の形態では、貯蔵部１１とヒータ部１２を一体にして水素貯蔵タンク１０としているので、貯蔵部１１とヒータ部１２との熱交換において熱損失を低減でき、エネルギーロスを低減することができる。
また、水素供給タンク５，６に残留する余剰の水素をその残留圧力でヒータ部１２に導入し、ヒータ部１２を昇温しているので、水素を有効に利用することができるとともに、水素の圧力エネルギーを有効に利用することができ、さらに、電気ヒータ等の外部熱源が不要になる。
【００３６】
また、２０リットルの水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金が収納された貯蔵部１１とヒータ部１２からなる水素貯蔵タンク１０は、内容積１００リットルの水素供給タンク５，６よりも十分に容積が小さく、水素充填装置を小型にすることができるので、車両のように設置スペースを大きく取れない場合に有利である。
さらに、順次圧力を上げていく多段式の水素充填方法では、高圧段になるほど充填効率が悪くなるが、高圧段に水素貯蔵タンク１０を用いているので、高圧段の充填効率を高くすることができる。
また、水素供給タンク５，６と水素貯蔵タンク１０とを組み合わせているので、水素貯蔵タンク１０だけで構成する場合に比べて、水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２の使用量を減らすことができ、コストを低減することができる。
【００３７】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
前述した実施の形態では、水素供給タンクを二つにしたが、一つでもよいし、あるいは、三つ以上であってもよい。また、水素貯蔵タンク１０を一つにしたが、貯蔵圧力を異にする複数の水素貯蔵タンク１０を備えてもよい。
水素供給タンク５，６、貯蔵部１１、ヒータ部１２、圧力水素タンク５０の容量は前述した実施の形態のものに限定するものではなく、また、二つの水素供給タンク５，６を同一容量にしなければならないものでもない。
【００３８】
また、前述した実施の形態では、水素供給タンク５，６および水素貯蔵タンク１０の貯蔵部１１の貯蔵圧力Ｐ１を３０ＭＰａに設定した例で説明したが、水素供給タンク５，６、貯蔵部１１、ヒータ部１２、圧力水素タンク５０の容量や、貯蔵部１１およびヒータ部１２に収納される水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２の解離圧特性や、圧力水素タンク５０の定格圧力（満充填圧力）Ｐｆの設定の仕方によって、貯蔵圧力Ｐ１は適宜の値に設定することができる。
【００３９】
また、圧力水素タンクを搭載した車両は、燃料電池車両に限るものではなく、例えば、水素を燃料とするエンジンを備えた水素エンジン車両であってもよい。
また、圧力水素タンクは、内部に水素吸蔵合金を備えたものであってもよい。
さらに、圧力水素タンクは車両以外の移動体に搭載されていてもよいし、あるいは、可搬式の圧力水素タンクであってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、水素供給タンクの加圧水素を加熱用水素流路を介してヒータに導入して該ヒータの水素吸蔵合金に吸蔵させることにより該ヒータを昇温することができ、水素の圧力エネルギーを有効に利用することができる。
また、このヒータで水素貯蔵器を加熱することにより該水素貯蔵器の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を昇圧して放出し、該水素を充填用水素流路を介して圧力水素タンクに充填することが可能になるので、水素供給タンクの水素を利用して容易に満充填圧力以上の加圧水素を得ることができるとともに、圧力水素タンクを充填するために圧縮水素を得るための圧縮エネルギーのロスを削減することができる。
また、水素吸蔵合金を収納した水素貯蔵器とヒータを備えているので、水素充填装置の総容積を小さくすることができる。
また、水素供給タンクに残留する余剰の水素をその残留圧力でヒータに導入し、ヒータを昇温しているので、水素を有効に利用することができるとともに、水素の圧力エネルギーを有効に利用することができ、さらに、電気ヒータ等の外部熱源が不要になる。
【００４１】
また、水素供給タンクおよび水素貯蔵器の貯蔵圧力を圧力水素タンクの満充填圧力よりも低く設定しても、圧力水素タンクに水素を満充填圧力で満充填することができるので、高圧充填でのエネルギーロスを低減することができる。
請求項２に係る発明によれば、水素貯蔵器とヒータとの熱交換において熱損失を低減できるので、エネルギーロスを低減することができる。
【００４２】
請求項３に係る発明によれば、水素供給タンクおよび水素貯蔵器の貯蔵圧力を圧力水素タンクの満充填圧力よりも低く設定しても、圧力水素タンクに水素を満充填圧力で満充填することができるので、高圧充填でのエネルギーロスを低減することができる。
また、圧力水素タンクへの高圧側の充填には、水素貯蔵器の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を充填しているので、高圧充填における充填効率を高めることができる。
さらに、水素供給タンクに残留する余剰の水素をヒータに導入してヒータを昇温しているので、外部熱源なしでヒータを昇温することが可能になるとともに、水素を有効に利用することができる。
【００４３】
請求項４に係る発明によれば、ヒータに導入した水素を無駄なく有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る水素充填装置の一実施の形態における概略構成図である。
【図２】前記実施の形態の水素充填装置で使用される水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２の解離圧特性図である。
【図３】前記実施の形態の水素充填装置を用いて圧力水素タンクに水素を充填するときの水素充填処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１水素充填装置
５，６水素供給タンク
１１貯蔵部（水素貯蔵器）
１２ヒータ部（ヒータ）
２３，２４，２６ガス流路（加熱用水素流路）
２７〜３０ガス流路（充填用水素流路）
５０圧力水素タンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for filling hydrogen into a pressure hydrogen tank and a hydrogen filling apparatus.
[0002]
[Prior art]
As an apparatus for filling hydrogen generated by reforming city gas or the like into a hydrogen storage means (for example, a tank) mounted on a fuel cell vehicle, for example, a hydrogen filling apparatus disclosed in Patent Document 1 is known. ing.
In this apparatus, the reformed hydrogen is pressurized by a compressor and stored in a pressure vessel, and the hydrogen stored in the pressure vessel is filled in the hydrogen storage means of the fuel cell vehicle.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-139401
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional hydrogen filling system, the hydrogen stored in the pressure vessel is merely transferred to the hydrogen storage means of the fuel cell vehicle. Therefore, in order to fully fill the hydrogen storage means with hydrogen, the pressure vessel The storage pressure must be higher than the rated pressure (full filling pressure) of the hydrogen storage means. Therefore, the compressor and the like need to use a high-pressure specification, and there is a problem that energy loss increases.
[0005]
In the conventional method of transferring hydrogen stored in a simple pressure vessel to the hydrogen storage means of the fuel cell vehicle, hydrogen can be transferred from the pressure vessel to the hydrogen storage means because the pressure in the pressure vessel and the hydrogen storage means is It is until equilibrium is reached, and when the pressure is balanced, hydrogen cannot be filled any more. Therefore, in order to fully fill the hydrogen storage unit with hydrogen at the rated pressure, a pressure vessel having a volume sufficiently larger than that of the hydrogen storage unit is required, and the system volume (installation space) is increased.
Therefore, the present invention provides a hydrogen filling method and a hydrogen filling apparatus for a pressure hydrogen tank that can reduce the system volume and reduce the storage pressure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is directed to a hydrogen filling apparatus (for example, in an embodiment described later) that fills a pressure hydrogen tank (for example, a pressure hydrogen tank 50 in an embodiment described later) with hydrogen. Hydrogen filling device 1), which is a hydrogen supply tank (for example, hydrogen supply tanks 5 and 6 in the embodiments described later) and a hydrogen storage alloy (for example, hydrogen storage in the embodiments described later). A hydrogen storage device including an alloy MH1) (for example, a storage unit 11 in an embodiment described later), the hydrogen supply tank and the pressure hydrogen tank, and a filling device for connecting the hydrogen storage device and the pressure hydrogen tank. Hydrogen flow path (for example, gas flow paths 27 to 30 in the embodiment described later), and heating hydrogen flow path (for example, an embodiment described later) in the hydrogen supply tank Connected to the gas flow passages 23, 24, and 26), and having a hydrogen storage alloy (for example, a hydrogen storage alloy MH2 in an embodiment to be described later) that increases the temperature by storing hydrogen (for example, to be described later) Heater section 12) in the embodiment,The storage pressure of the hydrogen supply tank and the hydrogen reservoir is set to be lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, and the hydrogen pressure-stored in the hydrogen supply tank is transferred to the pressure via the filling hydrogen flow path. After filling the hydrogen tank until the pressure is almost equilibrated, hydrogen remaining in the hydrogen supply tank is supplied to the heater through the heating hydrogen flow path,Heating the hydrogen storage alloy of the hydrogen storage with a heaterAs a result, the hydrogen pressure of the hydrogen storage device is set to the full filling pressure or more, and the hydrogen of the hydrogen storage device is filled into the pressure hydrogen tank through the filling hydrogen flow path.This is a hydrogen filling apparatus.
[0007]
  With this configuration, the temperature of the heater can be raised by introducing the hydrogen in the hydrogen supply tank into the heater via the heating hydrogen flow path and causing the hydrogen storage alloy of the heater to store the hydrogen. By heating the hydrogen reservoir with this heater, the pressure stored in the hydrogen storage alloy of the hydrogen reservoir is increased and released, and the hydrogen is filled into the pressure hydrogen tank through the filling hydrogen channel. Is possible.
  Moreover, even if the storage pressure of the hydrogen supply tank and the hydrogen reservoir is set lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, the pressure hydrogen tank can be fully filled with hydrogen at the full filling pressure.
[0008]
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the heater and the hydrogen reservoir are integrated.
By comprising in this way, a heat loss can be reduced in heat exchange with a hydrogen store and a heater.
[0010]
  Claim3The invention according to the present invention is a method of filling hydrogen into a pressure hydrogen tank (for example, a pressure hydrogen tank 50 in an embodiment described later),At a predetermined storage pressure lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tankHydrogen stored in pressure in a hydrogen supply tank (for example, hydrogen supply tanks 5 and 6 in the embodiments described later)The abovePressure hydrogen tankUntil almost pressure equilibriumNext, hydrogen remaining in the hydrogen supply tank is stored in a hydrogen storage alloy (for example, a hydrogen storage alloy MH2 in an embodiment described later) as a heater (for example, a heater section 12 in an embodiment described later). The heater is heated to raise the temperature, and the heater is used to heat a hydrogen reservoir (for example, a storage unit 11 in an embodiment described later).A predetermined storage pressure lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tankHydrogen stored in a hydrogen storage alloy (for example, a hydrogen storage alloy MH1 in an embodiment described later) of the hydrogen storageAbove the full filling pressure of the hydrogen tankThis is a method for filling hydrogen into a pressure hydrogen tank, wherein the pressure hydrogen tank is filled with the hydrogen under pressure.
[0011]
With this configuration, even when the storage pressure of the hydrogen supply tank and the hydrogen reservoir is set lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, the pressure hydrogen tank can be fully filled with hydrogen at the full filling pressure. .
Moreover, since the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy of the hydrogen storage is filled in the high pressure side filling of the pressure hydrogen tank, the filling efficiency in the high pressure filling can be increased.
Furthermore, since the surplus hydrogen remaining in the hydrogen supply tank is introduced into the heater and the heater is heated, the heater can be heated without an external heat source, and hydrogen can be used effectively. Can do.
[0012]
  Claim4The invention according to claim3In the invention described in item 3, after the hydrogen filling of the pressure hydrogen tank is completed, the hydrogen occluded in the hydrogen occlusion alloy of the heater is returned to the hydrogen supply tank or the hydrogen reservoir.
  By comprising in this way, the hydrogen introduced into the heater can be used effectively without waste.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a hydrogen filling method and a hydrogen filling apparatus for a pressure hydrogen tank according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
First, the configuration of the hydrogen filling apparatus will be described with reference to FIG. The hydrogen filling apparatus 1 in this embodiment is a mode in which hydrogen is filled in a pressure hydrogen tank 50 mounted on a fuel cell vehicle (hereinafter referred to as a vehicle) FCV.
[0014]
The hydrogen filling apparatus 1 includes a reformer (hydrogen supply apparatus) 3 that reforms a reformed fuel (for example, city gas or gasoline) supplied from a reformed fuel supply source 2 to generate gaseous hydrogen. , Impurities contained in hydrogen gas flowing out from the reformer 3 (CO₂Or N₂Etc.), two hydrogen supply tanks 5 and 6 for pressurizing and storing hydrogen from which impurities have been removed by the hydrogen purifier 4, and storing hydrogen from which impurities have been removed by the hydrogen purifier 4. A hydrogen storage tank 10, a pump 7 for pumping the gas reformed by the reformer 3 to the hydrogen purifier 4, and a hydrogen supply tank 5, 6 by boosting the hydrogen from which impurities have been removed by the hydrogen purifier 4. The compressor 8 that supplies the hydrogen storage tank 10 is a main component. When necessary in the following description, the two hydrogen supply tanks 5 and 6 are connected to NO. 1 Hydrogen supply tank 5, NO. Two hydrogen supply tanks 6 are distinguished.
[0015]
The hydrogen supply tanks 5 and 6 are constituted by simple pressure vessels whose interiors are hollow.
The hydrogen storage tank 10 has a double structure, a storage section (hydrogen storage) 11 is formed at the center, and a heater section (heater) 12 is formed so as to surround the storage section 11. The storage part 11 and the heater part 12 are partitioned by a partition wall having good heat transfer properties, and heat can be exchanged between them, but hydrogen is prevented from flowing directly between them. The storage part 11 and the heater part 12 contain hydrogen storage alloys MH1 and MH2 having different dissociation pressure characteristics.
[0016]
As is well known, the hydrogen storage alloy has a characteristic that the hydrogen dissociation pressure (hydrogen release equilibrium pressure) increases as the temperature of the hydrogen storage alloy increases (that is, the dissociation pressure characteristic).
FIG. 2 is an example of a dissociation pressure characteristic diagram of the hydrogen storage alloys MH1 and MH2 used in this embodiment. The horizontal axis represents the reciprocal (1 / T) of the absolute temperature of the hydrogen storage alloy, and the vertical axis represents the hydrogen dissociation pressure. Logarithm (logP).
As can be seen from this dissociation pressure characteristic diagram, when compared under the same temperature condition, the hydrogen dissociation pressure of the hydrogen storage alloy MH1 stored in the storage unit 11 is higher than that of the hydrogen storage alloy MH2 stored in the heater unit 12. Hydrogen storage alloys MH1 and MH2 that are higher than the hydrogen dissociation pressure and have such dissociation pressure characteristics are selected.
[0017]
In the example shown in FIG. 2, the hydrogen storage alloy MH1 stored in the storage unit 11 has a hydrogen dissociation pressure of about 10 MPa when the alloy temperature is less than 40 ° C., and the hydrogen dissociation pressure when the alloy temperature is about 70 ° C. Has a dissociation pressure characteristic of 42 MPa.
Further, the hydrogen storage alloy MH2 accommodated in the heater section 12 has a dissociation pressure characteristic in which the hydrogen dissociation pressure is less than 1 MPa at an alloy temperature of less than 40 ° C., and the hydrogen dissociation pressure is less than 4 MPa at an alloy temperature of about 70 ° C. have.
[0018]
The reformed fuel such as city gas is supplied from the reformed fuel supply source 2 to the reformer 3 via the fuel flow path 21, and the gas reformed by the reformer 3 is pressurized by the pump 7 and is supplied to the gas flow path 22. To be supplied to the hydrogen purifier 4.
The hydrogen from which impurities are removed by the hydrogen purifier 4 is pressurized by the compressor 8. The hydrogen boosted by the compressor 8 is passed through the gas flow paths 23, 24, 25, and 26, and the NO. 1 Hydrogen supply tank 5, NO. 2 The hydrogen supply tank 6, the storage unit 11 of the hydrogen storage tank 10, and the heater unit 12 can be supplied.
[0019]
NO. 1 The hydrogen stored in the hydrogen supply tank 5 can be supplied to the dispenser unit 9 through the gas flow path 27, and NO. 2 Hydrogen stored in the hydrogen supply tank 6 can be supplied to the dispenser unit 9 via the gas flow path 28, and hydrogen stored in the storage unit 11 of the hydrogen storage tank 10 can be supplied to the dispenser unit 9 via the gas flow path 29. 9 can be supplied.
The dispenser unit 9 can be connected to a pressure hydrogen tank 50 of the vehicle FCV via a gas flow path 30 and a connector (not shown), and the pressure hydrogen tank 50 can be filled with hydrogen supplied to the dispenser unit 9. .
Further, the hydrogen stored in the heater section 12 of the hydrogen storage tank 10 can be introduced to the suction side of the compressor 8 via the gas flow path 31.
[0020]
In addition, NO. 1 Valves V1, V2 are provided upstream and downstream of the hydrogen supply tank 5, and NO. 2 Valves V3 and V4 are provided upstream and downstream of the hydrogen supply tank 6, valves V5 and V6 are provided upstream and downstream of the storage part 11 of the hydrogen storage tank 10, and the heater part 12 of the hydrogen storage tank 10 is provided. Valves V 7 and V 8 are provided upstream and downstream, and a valve V 9 is provided downstream of the dispenser unit 9.
[0021]
The pump 7, the compressor 8, and the valves V1 to V9 are controlled by an electronic control unit (ECU) (not shown). Further, the pressure hydrogen tank 50 of the vehicle FCV is provided with a pressure sensor 51 for detecting the pressure in the pressure hydrogen tank 50. When the dispenser unit 9 and the pressure hydrogen tank 50 are connected via the gas flow path 30, A pressure sensor 51 is automatically connected to the ECU, and an output signal of the pressure sensor 51 is input to the ECU.
[0022]
Next, a method of fully filling hydrogen into the pressure hydrogen tank 50 of the vehicle FCV using the hydrogen filling apparatus 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Now, it is assumed that the rated pressure Pf of the pressure hydrogen tank 50, that is, the pressure in the hydrogen tank when fully filled, is set to 35 MPa, and the hydrogen occlusion stored in the storage unit 11 and the heater unit 12 of the hydrogen storage tank 10 is assumed. It is assumed that alloys MH1 and MH2 have the dissociation pressure characteristics shown in FIG.
Further, in the state before starting the hydrogen filling process, it is assumed that the heater unit 12 of the hydrogen storage tank 10 and the pressure hydrogen tank 50 of the vehicle FCV are almost empty and are hardly filled with hydrogen. The pressure in the hydrogen tank 50 is almost atmospheric pressure (about 0.1 MPa).
Further, the hydrogen supply tanks 5 and 6 and the pressure hydrogen tank 50 have an internal capacity of 100 liters, and a hydrogen storage alloy capable of storing 20 liters of hydrogen is stored in the storage unit 11 and the heater unit 12 of the hydrogen storage tank 10. It shall be.
[0023]
First, in step S101, the compressor 8 is operated to increase the hydrogen pressure to a pressure P1 lower than the rated pressure Pf of the pressure hydrogen tank 50 (for example, 30 MPa, hereinafter described when P1 is 30 MPa). The valves V1, V3, V5 are opened, the valves V2, V4, V6 to V9 are closed, and the hydrogen of the pressure P1 is supplied to the hydrogen supply tanks 5 and 6 and the storage part of the hydrogen storage tank 10 through the gas passages 23 to 25. 11 is fully filled. When the hydrogen pressure in the hydrogen supply tanks 5 and 6 and the storage unit 11 reaches P1, the compressor 8 is stopped and the valves V1, V3, and V5 are closed.
[0024]
Next, in step S102, the valves V2 and V9 are opened, and NO. 1 The hydrogen stored in the hydrogen supply tank 5 is filled into the pressure hydrogen tank 50 through the gas flow paths 27 and 30 and the dispenser unit 9 (hereinafter referred to as hydrogen from the NO. 1 hydrogen supply tank 5 to the pressure hydrogen tank 50). Filling is referred to as first hydrogen filling). Here, NO. 1 The transfer of hydrogen from the hydrogen supply tank 5 to the pressure hydrogen tank 50 is NO. 1 It becomes impossible when the pressure in the hydrogen supply tank 5 and the pressure in the pressure hydrogen tank 50 are almost equal. Therefore, when the pressure detected by the pressure sensor 51 hardly fluctuates (for example, when the pressure increase width in a predetermined time becomes equal to or less than a predetermined value), the end point of the first hydrogen filling is determined, and the valves 2 and V9 are set. The first hydrogen filling can be completed by closing.
In the case of the above-described conditions, about 1 kg of hydrogen is NO. 1 The hydrogen tank 50 is filled from the hydrogen supply tank 5, and the pressures of the hydrogen supply tank 5 and the pressure hydrogen tank 50 are about 14.5 MPa.
[0025]
Next, in step S103, the valves V4 and V9 are opened, and NO. 2 Hydrogen stored in the hydrogen supply tank 6 is filled into the pressure hydrogen tank 50 through the gas flow paths 28 and 30 and the dispenser unit 9 (hereinafter referred to as hydrogen from the NO. 2 hydrogen supply tank 6 to the pressure hydrogen tank 50). Filling is referred to as second hydrogen filling). Since the end point of the second hydrogen filling can be determined by the same method as in the case of the first hydrogen filling, when it is determined that the second hydrogen filling end point, the valve 4, V9 is closed and the second hydrogen filling is performed. Can be terminated.
In the case of the above-mentioned conditions, about 0.35 kg of hydrogen is NO. 2 The hydrogen hydrogen tank 6 is filled into the pressure hydrogen tank 50, and NO. 2 The pressure of the hydrogen supply tank 6 and the pressure hydrogen tank 50 is about 22.0 MPa.
[0026]
Next, in step S104, the valves V1, V6, V7, V9 are opened, and NO. 1 Supplying the hydrogen remaining in the hydrogen supply tank 5 to the heater unit 12 raises the temperature of the heater unit 12, heats the storage unit 11, and fills the pressure hydrogen tank 50 with hydrogen stored in the storage unit 11. .
More specifically, by opening valves V1 and V7, NO. 1 Since the hydrogen supply tank 5 and the heater section 12 are connected, NO. 1 Hydrogen remaining in the hydrogen supply tank 5 is supplied to the heater unit 12 by the residual pressure. The heater unit 12 is almost empty, and when hydrogen is supplied thereto, the supplied hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy MH2 of the heater unit 12. And since the valve | bulb V8 by the side of the exit of the heater part 12 is closed, the inside of the heater part 12 pressure | voltage rises gradually, and the temperature of the hydrogen storage alloy MH2 rises in connection with this. The heat of the heater unit 12 is transmitted to the storage unit 11 to heat the hydrogen storage alloy MH1 in the storage unit 11.
Thus, by supplying hydrogen to the heater unit 12, the hydrogen storage alloy MH1 in the storage unit 11 is heated to 70 ° C., and the pressure of the hydrogen stored in the storage unit 11 is increased to about 42 MPa. Thereby, the hydrogen stored in the storage unit 11 is filled into the pressure hydrogen tank 50 via the gas flow paths 29 and 30 and the dispenser unit 9 (hereinafter, hydrogen filling from the storage unit 11 to the pressure hydrogen tank 50 is performed. (Referred to as third hydrogen filling).
[0027]
Next, in step S105, it is determined whether or not the pressure in the pressure hydrogen tank 50 detected by the pressure sensor 51 is equal to or higher than the rated pressure Pf (35 PMa). If the determination result is “NO”, the process returns to step S104. If the determination result is “YES”, the pressure hydrogen tank 50 is fully filled, so all the valves V1 to V9 are closed, and the hydrogen filling process is terminated.
In the case of the above-described conditions, at the end of the third hydrogen filling, approximately 0.65 kg of hydrogen is filled from the storage unit 11 into the pressure hydrogen tank 50, and the first, second, and third hydrogen fillings are performed. The pressure hydrogen tank 50 is filled with about 2 kg of hydrogen in total.
[0028]
In the third hydrogen filling, NO. 1 When the pressure hydrogen tank 50 cannot be set to the rated pressure simply by supplying the hydrogen remaining in the hydrogen supply tank 5 to the heater unit 12, the NO. 2 Hydrogen remaining in the hydrogen supply tank 6 is supplied to the heater unit 12, and if that is not enough, the compressor 8 is operated to supply hydrogen from the hydrogen purifier 4 to the heater unit 12.
[0029]
In this embodiment, the gas flow paths 23, 24, 26 constitute a heating hydrogen flow path that connects the hydrogen supply tanks 5, 6 and the heater unit 12, and the gas flow paths 27-30 are the hydrogen supply tanks. 5, 6 and the pressure hydrogen tank 50, and the filling hydrogen flow path connecting the storage unit 11 and the pressure hydrogen tank 50 are configured.
[0030]
After the hydrogen filling process is completed, that is, when the pressure hydrogen tank 50 is not filled, hydrogen storage in the storage unit 11 and hydrogen release process from the heater unit 12 are performed, and preparation for the next hydrogen filling process is performed. I do.
Hereinafter, hydrogen storage in the storage unit 11 and hydrogen release processing from the heater unit 12 will be described.
First, the valve V8 is opened, the valves V1 to V7, V9 are closed, and the hydrogen remaining in the heater unit 12 is returned to the suction side of the compressor 8 through the gas flow path 31.
Next, the valve V5 is opened, the compressor 8 is operated, and hydrogen is supplied to the storage unit 11. Since the storage unit 11 is almost empty after the hydrogen filling of the pressure hydrogen tank 50 is completed, when hydrogen is supplied to the storage unit 11, the supplied hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy MH1 of the storage unit 11. Is done. And since the valve | bulb V6 by the side of the exit of the storage part 11 is closed, the inside of the storage part 11 will be pressure | voltage-risen gradually, and hydrogen storage alloy MH1 will rise in temperature in connection with this. Since the heat of the storage unit 11 is transmitted to the heater unit 12, the storage unit 11 is cooled, the heater unit 12 is heated, and the temperature of the hydrogen storage alloy MH2 rises. As the temperature of the hydrogen storage alloy MH2 in the heater 12 rises, the pressure in the heater 12 is increased, and as a result, the hydrogen in the heater 12 is returned to the suction side of the compressor 8 via the gas flow path 31. When the hydrogen in the heater unit 12 is released, the hydrogen pressure in the heater unit 12 decreases, and the temperature of the heater unit 12 decreases.
[0031]
Thus, when the heater part 12 is cooled by releasing the hydrogen in the heater part 12, the heater part 12 takes heat from the storage part 11 and cools the storage part 11, so that the hydrogen storage alloy MH1 in the storage part 11 increases. Of hydrogen can be occluded. Further, since the hydrogen released from the heater unit 12 can be stored in the storage unit 11 via the compressor 8, the hydrogen supplied to the heater unit 12 can be used effectively without waste. Furthermore, since the hydrogen remaining in the heater unit 12 can be reduced, the temperature of the heater unit 12 can be quickly and reliably raised when hydrogen is supplied to the heater unit 12 during the next hydrogen filling process.
And if the pressure in the storage part 11 becomes P1 (30 Mpa), valve | bulb V5, V8 will be closed and the hydrogen storage process to the storage part 11 will be complete | finished.
[0032]
If necessary, the heater unit 12 may be provided with a heating unit, and the heater unit 12 may be further heated by the heating unit to promote hydrogen release from the heater unit 12.
In this case, as shown in FIG. 1, the heating means is configured by a heat medium flow path 13 provided in the heater section 12, and the heater section 12 is heated by circulating the heat medium through the heat medium flow path 13. it can. Further, the cooling water of the fuel cell 40 can be used as the heat medium to be circulated through the heat medium flow path 13, and in this case, the cooling water flow path 42 and the cooling water passage 41 of the fuel cell 40 are connected to the cooling water flow path 42. Connect by. If it does in this way, the heater part 12 can be heated using the waste heat of the fuel cell 40. FIG. Note that hydrogen generated in the reformer 3 can be used as the fuel of the fuel cell 40, and low-pressure hydrogen is supplied to the fuel cell 40 through the gas flow path 32 branched from the gas flow path 22.
However, in that case, the hydrogen generated in the reformer 3 is preferentially used for filling hydrogen into the pressure hydrogen tank 50 of the vehicle FCV, and is supplied to the fuel cell 40 only when surplus hydrogen is generated. Like that.
[0033]
When hydrogen storage in the storage unit 11 and hydrogen release processing from the heater unit 12 are performed, the hydrogen supply tanks 5 and 6 may be filled with hydrogen simultaneously by opening the valves V1 and V3. In this way, the hydrogen released from the heater unit 12 can be returned to the hydrogen supply tanks 5 and 6 via the compressor 8.
In addition, when hydrogen is stored and filled in the storage unit 11 and the hydrogen supply tanks 5 and 6 when the pressure hydrogen tank 50 is not filled in this way, the next hydrogen filling process in the pressure hydrogen tank 50 is executed. In this case, the process of step S101 can be omitted.
[0034]
As described above, according to the hydrogen filling apparatus 1 and the hydrogen filling method in this embodiment, the storage unit 11 that stores the hydrogen storage alloy MH1 and the heater unit 12 that stores the hydrogen storage alloy MH2 are provided. Since the heater unit 12 is heated by supplying hydrogen, the storage unit 11 is heated by the heater unit, the hydrogen stored in the storage unit 11 is released, and the pressure hydrogen tank 50 is filled. The hydrogen storage pressure of the tanks 5 and 6 and the storage unit 11 is set lower than the rated pressure (full filling pressure) Pf of the pressure hydrogen tank 50, and the pressure hydrogen tank 50 is fully filled with hydrogen of the rated pressure Pf. Can do. Therefore, the compressor 8 is in time for a relatively low-pressure specification, and energy loss associated with the high-pressure specification can be reduced.
[0035]
In particular, in this embodiment, since the storage unit 11 and the heater unit 12 are integrated into the hydrogen storage tank 10, heat loss can be reduced in heat exchange between the storage unit 11 and the heater unit 12, and energy loss is reduced. be able to.
In addition, surplus hydrogen remaining in the hydrogen supply tanks 5 and 6 is introduced into the heater section 12 with the residual pressure, and the heater section 12 is heated, so that hydrogen can be used effectively, Pressure energy can be used effectively, and an external heat source such as an electric heater is not required.
[0036]
Further, the hydrogen storage tank 10 including the storage unit 11 and the heater unit 12 in which a hydrogen storage alloy capable of storing 20 liters of hydrogen is stored is sufficiently smaller than the hydrogen supply tanks 5 and 6 having an internal volume of 100 liters. Since the hydrogen filling device can be made small, it is advantageous when a large installation space cannot be obtained as in a vehicle.
Furthermore, in the multistage hydrogen filling method in which the pressure is gradually increased, the charging efficiency becomes worse as the pressure increases, but since the hydrogen storage tank 10 is used in the high pressure stage, the charging efficiency of the high pressure stage can be increased. it can.
In addition, since the hydrogen supply tanks 5 and 6 and the hydrogen storage tank 10 are combined, the amount of the hydrogen storage alloys MH1 and MH2 can be reduced compared to the case where the hydrogen storage tank 10 alone is used, and the cost is reduced. Can be reduced.
[0037]
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
In the embodiment described above, the number of hydrogen supply tanks is two, but may be one, or may be three or more. Further, although one hydrogen storage tank 10 is provided, a plurality of hydrogen storage tanks 10 having different storage pressures may be provided.
The capacity of the hydrogen supply tanks 5 and 6, the storage unit 11, the heater unit 12, and the pressure hydrogen tank 50 is not limited to that of the above-described embodiment, and the two hydrogen supply tanks 5 and 6 have the same capacity. It's not something you have to do.
[0038]
Moreover, in embodiment mentioned above, although hydrogen storage tanks 5 and 6 and the storage pressure P1 of the storage part 11 of the hydrogen storage tank 10 demonstrated in the example set to 30 Mpa, hydrogen supply tanks 5 and 6, the storage part 11, The capacity of the heater unit 12 and the pressure hydrogen tank 50, the dissociation pressure characteristics of the hydrogen storage alloys MH1 and MH2 stored in the storage unit 11 and the heater unit 12, and the rated pressure (full filling pressure) Pf of the pressure hydrogen tank 50 are set. Depending on the method, the storage pressure P1 can be set to an appropriate value.
[0039]
The vehicle equipped with the pressure hydrogen tank is not limited to the fuel cell vehicle, and may be, for example, a hydrogen engine vehicle including an engine using hydrogen as fuel.
Further, the pressure hydrogen tank may be provided with a hydrogen storage alloy inside.
Furthermore, the pressure hydrogen tank may be mounted on a moving body other than the vehicle, or may be a portable pressure hydrogen tank.
[0040]
【The invention's effect】
  As described above, according to the first aspect of the present invention, the pressurized hydrogen in the hydrogen supply tank is introduced into the heater through the heating hydrogen flow path, and is stored in the hydrogen storage alloy of the heater. The temperature can be raised, and the pressure energy of hydrogen can be used effectively.
  In addition, by heating the hydrogen storage device with this heater, the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy of the hydrogen storage device is boosted and released, and the hydrogen is filled into the pressure hydrogen tank through the filling hydrogen flow path. Hydrogen supply tankUsing hydrogeneasilyAbove full filling pressurePressurized hydrogen can be obtained, and loss of compression energy for obtaining compressed hydrogen for filling the pressure hydrogen tank can be reduced.
  In addition, since the hydrogen storage device containing the hydrogen storage alloy and the heater are provided, the total volume of the hydrogen filling device can be reduced.
  In addition, surplus hydrogen remaining in the hydrogen supply tank is introduced into the heater at the residual pressure, and the heater is heated, so that hydrogen can be used effectively and hydrogen pressure energy can be used effectively. Furthermore, an external heat source such as an electric heater is not necessary.
[0041]
  Moreover, even if the storage pressure of the hydrogen supply tank and the hydrogen reservoir is set lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, the pressure hydrogen tank can be fully filled with hydrogen at the full filling pressure. Energy loss can be reduced.
  According to the invention of claim 2, since heat loss can be reduced in the heat exchange between the hydrogen reservoir and the heater, energy loss can be reduced.The
[0042]
  Claim3According to the present invention, even if the storage pressure of the hydrogen supply tank and the hydrogen reservoir is set lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, the pressure hydrogen tank can be fully filled with hydrogen at the full filling pressure. In addition, energy loss during high-pressure filling can be reduced.
  Moreover, since the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy of the hydrogen storage is filled in the high pressure side filling of the pressure hydrogen tank, the filling efficiency in the high pressure filling can be increased.
  Furthermore, since the surplus hydrogen remaining in the hydrogen supply tank is introduced into the heater to raise the temperature of the heater, it is possible to raise the temperature of the heater without using an external heat source and to effectively use hydrogen. it can.
[0043]
  Claim4According to the present invention, hydrogen introduced into the heater can be effectively used without waste.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a hydrogen filling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a dissociation pressure characteristic diagram of hydrogen storage alloys MH1 and MH2 used in the hydrogen filling apparatus of the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a hydrogen filling process when filling a pressure hydrogen tank with hydrogen using the hydrogen filling apparatus of the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Hydrogen filling equipment
5,6 Hydrogen supply tank
11 Storage section (hydrogen storage)
12 Heater (heater)
23, 24, 26 Gas channel (heating hydrogen channel)
27-30 Gas channel (filling hydrogen channel)
50 pressure hydrogen tank

Claims

A hydrogen filling device for filling hydrogen into a pressure hydrogen tank,
A hydrogen supply tank for storing hydrogen under pressure;
A hydrogen reservoir with a hydrogen storage alloy;
The hydrogen supply tank and the pressure hydrogen tank, and a filling hydrogen flow path connecting the hydrogen reservoir and the pressure hydrogen tank;
A heater having a hydrogen storage alloy that is connected to the hydrogen supply tank via a heating hydrogen flow path and that is heated by storing hydrogen;
With
The storage pressure of the hydrogen supply tank and the hydrogen reservoir is set lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, and the hydrogen pressure-stored in the hydrogen supply tank is transferred to the pressure via the filling hydrogen flow path. After filling the hydrogen tank until the pressure is almost equilibrated, hydrogen remaining in the hydrogen supply tank is supplied to the heater through the heating hydrogen flow path, and the hydrogen storage alloy of the hydrogen storage is heated by the heater . Thus , the hydrogen filling apparatus is characterized in that the hydrogen pressure in the hydrogen storage is set to be equal to or higher than the full filling pressure, and the hydrogen in the hydrogen storage is filled into the pressure hydrogen tank through the filling hydrogen flow path .

2. The hydrogen filling apparatus according to claim 1, wherein the heater and the hydrogen reservoir are integrated.

A method of filling a hydrogen tank with hydrogen,
Hydrogen that has been pressurized and stored in a hydrogen supply tank at a predetermined storage pressure lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank is charged until the pressure hydrogen tank is almost in pressure equilibrium, and then remains in the hydrogen supply tank. The stored hydrogen is stored in a hydrogen storage alloy as a heater to raise the temperature of the heater, and by heating the hydrogen storage with this heater, the hydrogen storage alloy is heated at a predetermined storage pressure lower than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank. A pressure hydrogen tank characterized in that the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy of the hydrogen reservoir is discharged after being pressurized to a pressure higher than the full filling pressure of the pressure hydrogen tank, and the hydrogen is filled in the pressure hydrogen tank. Hydrogen filling method.

The pressure hydrogen according to claim 3, wherein the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy of the heater is returned to the hydrogen supply tank or the hydrogen reservoir after the hydrogen filling of the pressure hydrogen tank is completed. How to fill the tank with hydrogen.