專利名稱：氫氣加氣站、氫氣灌裝方法及車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氣加氣站、氫氣灌裝方法及車輛，具體地說，涉及適合在短時間內(nèi)對車輛所配備的氫氣罐完成氫氣灌裝的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，抑制地球溫室效應(yīng)的意識提高，特別是為了減少車輛排放的二氧化碳，燃料電池電動汽車和將氫氣發(fā)動機汽車等的氫作為燃料的燃?xì)淦嚨拈_發(fā)盛行。燃?xì)淦囈话愣寂鋫溆泄嘌b了氫氣的氫氣罐作為氫氣供給源。
作為氫的儲存和運輸方法，人們著眼于一種在某一溫度和壓力條件下吸儲氫而變成氫化物，需要時在另一溫度和壓力下將氫釋放出來的、被稱作“氫吸儲合金”的金屬的利用。使用氫吸儲合金的氫氣罐與不使用氫吸儲合金的氫氣罐相比，在相同容積下可儲存更多的氫，因而受到人們的關(guān)注。
氫氣罐中氫氣的灌裝，是通過被稱作氫氣加氣站的、相當(dāng)于汽油加油站和天然氣加氣站的設(shè)施進(jìn)行的。例如，氫氣加氣站具有由多個氣瓶組成的氫氣儲存設(shè)備、以及、將氫氣儲存設(shè)備供給的氫氣灌裝到車輛的氫氣罐中的分配器(灌裝機)。并且，在將設(shè)置在分配器軟管前端的連接器連接在所述氫氣罐的灌裝口上的狀態(tài)下，利用氫氣儲存設(shè)備與氫氣罐之間的壓力差向氫氣罐內(nèi)灌裝氫氣。
在向氫氣罐中灌裝氫氣時，氫氣罐內(nèi)的溫度會升高，因此，若不邊對氫氣罐進(jìn)行冷卻邊灌裝氫氣，則需要較長的灌裝時間。此外，由于氫吸儲合金的氫吸儲反應(yīng)屬于發(fā)熱反應(yīng)，因此，在將氫吸儲在氫吸儲合金中以增加氫氣灌裝量時，如果不進(jìn)行冷卻氫吸儲反應(yīng)便不能夠流暢地進(jìn)行。
作為適合配備氫吸儲合金氫氣罐的燃?xì)淦囀褂玫臍錃夤┙o系統(tǒng)，有人提出一種將對氫氣罐內(nèi)的氫吸儲合金進(jìn)行冷卻用的冷卻液供給到氫氣罐的冷卻液供給系統(tǒng)設(shè)置在氫氣加氣站的方案(例如可參照專利文獻(xiàn)1)。燃?xì)淦嚲哂欣鋮s發(fā)動機用的冷卻液進(jìn)行循環(huán)的冷卻液循環(huán)系。在從氫氣罐將氫氣供給發(fā)動機時，將對發(fā)動機進(jìn)行冷卻而溫度升高的冷卻液循環(huán)系中的冷卻液用來對氫吸儲合金進(jìn)行加熱。所述氫氣供給系統(tǒng)，除了該冷卻液循環(huán)系之外，還另外具有向氫氣罐中灌裝氫氣時對氫氣罐進(jìn)行冷卻用的冷卻液的供給用配管和該冷卻液的排出用配管。
但是，按照上述專利文獻(xiàn)1記載的氫氣供給系統(tǒng)，必須在氫氣罐內(nèi)分別設(shè)置從氫吸儲合金中釋放氫時對氫吸儲合金進(jìn)行加熱的熱量載體的流通路徑、以及、將氫吸儲在氫吸儲合金中時對氫吸儲合金進(jìn)行冷卻的冷卻液的流通路徑。因此，不僅氫氣罐的構(gòu)造復(fù)雜，而且氫氣罐的體積也大。
作為為配備使用了氫吸儲合金的氫氣罐的燃料電池汽車提供的加熱/冷卻系統(tǒng)，本申請人曾提出下面的系統(tǒng)。即，在該系統(tǒng)中，作為從氫吸儲合金釋放氫時對氫吸儲合金進(jìn)行加熱的熱量載體，使用對燃料電池進(jìn)行冷卻后的熱量載體，而作為將氫吸儲在氫吸儲合金中時對氫吸儲合金進(jìn)行冷卻的熱量載體，使用與氫吸儲合金加熱用熱量載體相同的熱量載體。在該系統(tǒng)中，熱量載體的冷卻由燃料電池汽車上所裝備的散熱器進(jìn)行。燃料電池運行時，利用對燃料電池進(jìn)行冷卻后的熱量載體對氫吸儲合金進(jìn)行加熱，該熱量載體由散熱器冷卻。在這樣的系統(tǒng)中，燃料電池的冷卻和氫吸儲合金的加熱能夠良好地進(jìn)行。但是，在將氫吸儲在氫吸儲合金中時即向氫氣罐中灌裝氫氣時，如果要將大量(例如5kg)的氫在短時間內(nèi)(例如5分鐘內(nèi))灌裝至高壓(例如35MPa)，只使用一般的車載散熱器和風(fēng)扇對熱量載體進(jìn)行冷卻，將無法使氫吸儲合金產(chǎn)生的熱量以及伴隨氫氣的壓縮而產(chǎn)生的熱量充分散發(fā)掉。在這里，5kg的氫氣灌裝量，是燃料電池汽車加一次氫后能夠像燃油汽車那樣行駛500km距離的量。
使用一般的車載散熱器和風(fēng)扇例如冷卻液流量為60L/min的散熱器和最大風(fēng)速為2m/s的風(fēng)扇對熱量載體進(jìn)行冷卻，在外部氣溫為30℃的環(huán)境下灌裝氫氣時，對于空的氫氣罐，5分鐘內(nèi)只能加入前述5kg的約85％即4.25kg的氫。要想在5分鐘內(nèi)加入5kg的95％(4.75kg)以上的氫，必須使風(fēng)扇的風(fēng)速達(dá)到6m/s以上。但是，將能夠產(chǎn)生這種風(fēng)速的風(fēng)扇安裝在燃料電池汽車上，不僅需要很大的安裝空間，而且除了進(jìn)行氫氣灌裝之外，風(fēng)扇的能力是過剩的。
可以考慮這樣一種方法，即，在燃料電池汽車中所設(shè)置的熱量載體循環(huán)路徑上設(shè)置熱量載體的出口和入口，在氫氣加氣站給氫氣罐灌裝氫氣時，將氫氣加氣站的熱量載體冷卻路徑連接到燃料電池汽車的熱量載體循環(huán)路徑的出口和入口上，由氫氣加氣站對熱量載體進(jìn)行冷卻的同時使之循環(huán)。但是，一般來說，熱量載體并非一種，因汽車制造廠家的不同而不同，為此，氫氣加氣站需要準(zhǔn)備與燃料電池汽車使用的各種熱量載體相對應(yīng)的不同種類的熱量載體。此外，灌裝氫氣時，還要進(jìn)行將熱量載體循環(huán)路徑與熱量載體冷卻路徑連接起來的作業(yè)。
專利文獻(xiàn)特開平7-108909號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第1目的，是提供一種能夠很好地對氫氣罐進(jìn)行冷卻從而縮短氫氣灌裝時間的氫氣加氣站以及氫氣灌裝方法。此外，本發(fā)明的第2目的，是提供一種在氫氣加氣站灌裝氫氣時能夠高效率地對散熱器進(jìn)行冷卻的車輛。
為實現(xiàn)上述第1目的，本發(fā)明提供一種氫氣加氣站，向具有散熱器的車輛所配備的氫氣罐中灌裝氫氣，其中具有儲存氫氣的儲氣設(shè)備、將所述儲氣設(shè)備供給的氫氣灌裝到所述氫氣罐中的分配器、以及能夠朝向所述散熱器吹風(fēng)的送風(fēng)機。
為實現(xiàn)上述第1目的，本發(fā)明還提供一種向車輛所配備的氫氣罐中灌裝氫氣的方法。所述車輛具有供冷卻所述氫氣罐的熱量載體流通的熱量載體流通路徑、對在所述熱量載體流通路徑中流動的熱量載體進(jìn)行冷卻的散熱器、以及能夠朝向所述散熱器送風(fēng)的風(fēng)扇。所述方法包括在所述車輛停在氫氣加氣站內(nèi)的狀態(tài)下，向所述氫氣罐中灌裝氫氣；以及在所述灌裝氫氣時，由設(shè)置在所述氫氣加氣站上的送風(fēng)機以大于所述風(fēng)扇的風(fēng)量朝向所述散熱器吹風(fēng)。
為實現(xiàn)上述第2目的，本發(fā)明提供一種以氫作為燃料的車輛，其中具有儲存氫氣的氫氣罐；向所述氫氣罐中灌裝氫氣時用于對該氫氣罐進(jìn)行冷卻的散熱器，而該散熱器設(shè)置在設(shè)在車輛前部的室的內(nèi)部；將所述室的上部開口遮蓋的、可開閉的發(fā)動機蓋；與所述發(fā)動機蓋成一體形成的前格柵。前格柵，在所述發(fā)動機蓋關(guān)閉的狀態(tài)下，位于至少與所述散熱器的前方對應(yīng)的位置上，在所述發(fā)動機蓋打開的狀態(tài)下，使所述散熱器從車輛向著前方露出。
為實現(xiàn)上述第2目的，本發(fā)明還提供一種以氫作為燃料的車輛，其中，具有儲存氫氣的氫氣罐；向所述氫氣罐中灌裝氫氣時用于對該氫氣罐進(jìn)行冷卻的散熱器，而該散熱器設(shè)置在車輛中所設(shè)置的室的內(nèi)部；促使從所述室的外部吹向所述散熱器并從該散熱器中通過的風(fēng)排放到所述室的外部的排風(fēng)通路。


圖1是本發(fā)明第1實施方式所涉及的氫氣加氣站和車輛的概略構(gòu)成圖。
圖2是表示燃料電池、氫氣罐和熱量載體流通路徑的模式圖。
圖3是本發(fā)明第2實施方式所涉及的氫氣加氣站和車輛的概略構(gòu)成圖。
圖4是本發(fā)明第3實施方式所涉及的氫氣加氣站和車輛的概略構(gòu)成圖。
圖5是其它實施方式所涉及的氫氣加氣站和車輛的概略構(gòu)成圖。
具體實施例方式
(第1實施方式)下面，結(jié)合圖1和圖2對將本發(fā)明具體化的第1實施方式進(jìn)行說明。
如圖1所示，氫氣加氣站11具有儲存氫氣的儲氣設(shè)備12、將儲氣設(shè)備12供給的氫氣灌裝到車輛30所配備的多個氫氣罐31中的分配器(灌裝機)13以及送風(fēng)機14。在圖1中，車輛30、儲氣設(shè)備12、分配器13、送風(fēng)機14等的大小比例不同于實際比例。
車輛30，是以燃料電池作為驅(qū)動源的燃料電池汽車，裝設(shè)有燃料電池系統(tǒng)32。如圖2所示，燃料電池系統(tǒng)32具有所述氫氣罐31、燃料電池33、壓縮機34以及散熱器35。氫氣罐31、燃料電池33和散熱器35經(jīng)熱量載體流通路徑36相連。氫氣罐31如圖1所示，例如設(shè)置有4個。而圖2中只示出3個氫氣罐31。
燃料電池33例如由固體高分子型燃料電池構(gòu)成，通過氫氣罐31供給的氫與壓縮機34供給的空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生直流電氣能量(直流電能)。為了在車輛30正常運行時能夠?qū)θ剂想姵?3進(jìn)行冷卻，所述熱量載體流通路徑36的一部分作為熱交換部36a設(shè)置在燃料電池33內(nèi)。
各氫氣罐31具有罐體37、作為氫吸儲材料內(nèi)裝有氫吸儲合金MH的氫吸儲單元38、以及、在罐體37內(nèi)對氫吸儲單元38進(jìn)行支持的支持體39。此外，在各氫氣罐31內(nèi)，設(shè)置有所述熱量載體流通路徑36的一部分作為熱交換部36b。該熱交換部36b發(fā)揮著與氫吸儲合金MH之間進(jìn)行熱交換的熱量載體的流通路徑的功能。在本實施方式中，熱量載體使用的是LLC(長壽命冷卻劑)。在熱交換部36b的周圍設(shè)置有多個散熱片40，以提高與氫吸儲合金MH之間進(jìn)行熱交換的效率。氫吸儲合金MH使用的是公知的合金。
所述氫氣罐31經(jīng)管路41連接在燃料電池33的氫氣供給端(未圖示)上，向燃料電池33提供氫。各氫氣罐31在處于充滿狀態(tài)時，是以既定的壓力(例如約35MPa的高壓)儲存氫氣的。各氫氣罐31輸出的氫氣在通過未圖示的閥門減壓到一定壓力(例如0.3MPa左右)后供給燃料電池33。氫氣罐31連接在具有氫氣灌裝口42a的配管42上，通過配管42能夠?qū)λ袣錃夤?1同時灌裝氫氣。
壓縮機34經(jīng)管路43連接在燃料電池33的氧氣供給端(未圖示)上，向燃料電池33提供壓縮空氣。壓縮機34將經(jīng)過未圖示的空氣濾清器濾除塵埃等的空氣進(jìn)行壓縮后從管路43輸出。
散熱器35具有在馬達(dá)44的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇45，可使散熱器35的散熱高效率地進(jìn)行。
熱量載體流通路徑36的除所述熱交換部36a、36b之外的其它部分，形成了從散熱器35的出口到散熱器35的入口的循環(huán)路徑36c。在位于散熱器35的入口附近的循環(huán)路徑36c部分上設(shè)置有泵46。泵46將熱量載體流通路徑36內(nèi)的熱量載體向散熱器35的入口輸送。熱量載體流通路徑36在熱交換部36a的入口與散熱器35的出口之間具有分岔部分，在該分岔部分上設(shè)置有電磁三通閥47。循環(huán)路徑36c從散熱器35的出口處經(jīng)該電磁三通閥47一直延伸到散熱器35的入口處。熱交換部36a的入口與電磁三通閥47相連，熱交換部36a的出口在電磁三通閥47的下游側(cè)與循環(huán)路徑36c相連。
各氫氣罐31的熱交換部36b的入口經(jīng)電磁三通閥48與循環(huán)路徑36c相連。此外，各熱交換部36b的出口在對應(yīng)的電磁三通閥48的下游側(cè)與循環(huán)路徑36c相連。各電磁三通閥48能夠在下述兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換，即，使流經(jīng)循環(huán)路徑36c的熱量載體只能夠流向?qū)?yīng)的熱交換部36b的入口方向的第1狀態(tài)、以及、使流經(jīng)循環(huán)路徑36c的熱量載體只能夠流向循環(huán)路徑36c的下游側(cè)而不是流向熱交換部36b的入口方向的第2狀態(tài)之間進(jìn)行切換。在位于散熱器35的入口附近的循環(huán)路徑36c部分上，設(shè)置有對流入散熱器35的熱量載體的溫度進(jìn)行檢測的溫度傳感器49。溫度傳感器49位于所述泵46的下游側(cè)。
所述壓縮機34、馬達(dá)44、泵46以及電磁三通閥47、48按照燃料電池系統(tǒng)32的控制裝置50發(fā)出的指令進(jìn)行工作。泵46按照控制裝置50發(fā)出的指令信號啟動或停止并能夠改變熱量載體的輸出流量?？刂蒲b置50的輸入信號，有溫度傳感器49的檢測信號、對燃料電池33的溫度進(jìn)行檢測的溫度傳感器(未圖示)的檢測信號、以及、對氫氣罐31內(nèi)的壓力進(jìn)行檢測的壓力傳感器(未圖示)的檢測信號。控制裝置50依據(jù)溫度傳感器49的檢測信號，將流入散熱器35的熱量載體的溫度信息以無線方式發(fā)送給后述的氫氣加氣站11的驅(qū)動控制裝置19。
如圖1所示，所述儲氣設(shè)備12由包括經(jīng)配管15b彼此相連且灌裝了既定壓力的氫氣的多個氣瓶15a的氫氣儲存設(shè)備構(gòu)成。圖1中只畫出3個氣瓶15a，但氣瓶15a的個數(shù)在實際當(dāng)中例如在10個以上。各個氣瓶15a在處于充滿狀態(tài)時，所灌裝的氫氣的壓力可達(dá)到既定壓力(例如40-45MPa)。例如，當(dāng)以35MPa的壓力向各個氫氣罐31灌裝氫氣時，將各個氣瓶15a充滿時的壓力設(shè)定為44MPa。
所述分配器13屬于公知裝置，具有前端裝有連接器16的軟管17，并且裝備有未圖示的質(zhì)量流量計、流量調(diào)整閥、開關(guān)閥等。分配器13將所述儲氣設(shè)備(氫氣儲存設(shè)備)12供給的氫氣通過軟管17灌裝到車輛30的氫氣罐31中。一旦連接器16連接到設(shè)置在車輛30上的所述氫氣灌裝口42a上，分配器13便自動進(jìn)行氫氣的灌裝。
分配器13具有檢測分配器13是否開始向氫氣罐31中灌裝氫氣的檢測器。在本實施方式中，所述檢測器由所述軟管17的連接器16連接在氫氣灌裝口42a上時便接通的開關(guān)18構(gòu)成。
所述送風(fēng)機14安裝在能夠朝向停在氫氣加氣站11的既定的車輛停車區(qū)域的車輛30的散熱器35吹風(fēng)的位置上。送風(fēng)機14可產(chǎn)生比車輛30上所設(shè)置的所述風(fēng)扇45的最大風(fēng)速(例如2m/s)大的風(fēng)速(例如6m/s)。送風(fēng)機14在所述驅(qū)動控制裝置19的控制下工作。驅(qū)動控制裝置19依據(jù)來自所述開關(guān)18的接通信號、即表示分配器13開始向氫氣罐31灌裝氫氣的檢測信號使送風(fēng)機14啟動。
送風(fēng)機14具有轉(zhuǎn)速可控的馬達(dá)14a。驅(qū)動控制裝置19在接收到灌裝氫氣時來自車輛30的控制裝置50的關(guān)于散熱器35的熱負(fù)荷信息、在本實施方式中是流入散熱器35的熱量載體的溫度信息時，向馬達(dá)14a輸出控制信號以根據(jù)散熱器35的熱負(fù)荷調(diào)整送風(fēng)機14的風(fēng)量。即，對送風(fēng)機14進(jìn)行的控制使之產(chǎn)生與散熱器35的熱負(fù)荷對應(yīng)的風(fēng)量。
當(dāng)環(huán)境溫度在能夠使燃料電池33發(fā)電的預(yù)先確定的容許溫度以上時，燃料電池33進(jìn)行常規(guī)運行?？刂蒲b置50依據(jù)對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測的溫度傳感器(未圖示)的檢測信號掌握環(huán)境溫度。如果環(huán)境溫度在所述容許溫度以上，控制裝置50便從燃料電池33啟動時起使該燃料電池33進(jìn)行常規(guī)運行，如果環(huán)境溫度低于容許溫度，則對燃料電池33進(jìn)行暖機之后使該燃料電池33進(jìn)行常規(guī)運行。進(jìn)行常規(guī)運行時，將氫氣罐31的氫供給燃料電池33的陽極電極。并且，使壓縮機34工作，將空氣加壓至既定壓力供給燃料電池33的陰極。
固體高分子型燃料電池在80℃左右的溫度下能夠以良好的效率發(fā)電，但氫與氧的化學(xué)反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，因而發(fā)電持續(xù)進(jìn)行時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量會使燃料電池33的溫度從80℃左右的適宜溫度升高。為防止溫度升高，使被散熱器35冷卻的熱量載體在熱量載體流通路徑36內(nèi)循環(huán)。此外，氫吸儲合金MH釋放氫的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此，為了使反應(yīng)能夠流暢地進(jìn)行，需要對氫吸儲合金MH進(jìn)行加熱。為此，將對燃料電池33進(jìn)行冷卻后變溫的熱量載體用來加熱氫吸儲合金MH。
在燃料電池33運行時，控制裝置50使電磁三通閥47保持向熱交換部36a的入口供給熱量載體的狀態(tài)，并依據(jù)對氫氣罐31內(nèi)的壓力進(jìn)行檢測的壓力傳感器的檢測信號，輸出指令信號對各電磁三通閥48的切換進(jìn)行控制。當(dāng)氫氣罐31內(nèi)的壓力降低到預(yù)先設(shè)定的第1壓力以下時，控制裝置50將電磁三通閥48切換成可使熱量載體對氫氣罐31進(jìn)行加熱的狀態(tài)、即熱量載體從熱交換部36b中流過的狀態(tài)。而當(dāng)氫氣罐31內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第2壓力以上時，控制裝置50將電磁三通閥48切換成不使熱量載體從氫氣罐31中流過的狀態(tài)。
當(dāng)對于所有氫氣罐31來說即使按照預(yù)先設(shè)定的時間繼續(xù)以熱量載體進(jìn)行加熱也達(dá)不到第1壓力時，控制裝置50便做出需要向氫氣罐31中灌裝氫氣的判斷。并且，控制裝置50使設(shè)置在車輛上的未圖示的報知器(例如燈等顯示部)動作。
在向氫氣罐31灌裝(儲存)氫氣時，也就是將氫氣吸儲在氫吸儲合金MH中時，車輛30要停在氫氣加氣站11的既定的停車區(qū)域內(nèi)。如圖1所示，車輛30停在既定停車區(qū)域內(nèi)時，設(shè)置在車輛30的前部的散熱器35與送風(fēng)機14相向。燃料電池系統(tǒng)32的控制裝置50將電磁三通閥47切換成不將熱量載體供給燃料電池33的熱交換部36a而使之在循環(huán)路徑36c中流動的狀態(tài)。此外，控制裝置50將各電磁三通閥48切換成向氫氣罐31的熱交換部36b供給熱量載體的狀態(tài)。因此，處于經(jīng)過散熱器35冷卻的熱量載體不從燃料電池33的熱交換部36a中流過而向各個氫氣罐31的熱交換部36b供給的狀態(tài)。
此外，一旦分配器13的連接器16連接到氫氣灌裝口42a上，控制裝置50便使風(fēng)扇45停止工作而僅使泵46繼續(xù)工作。之所以使風(fēng)扇45停止工作的理由如下。即，在氫氣灌裝過程中，氫氣加氣站11的送風(fēng)機14工作，送風(fēng)機14從風(fēng)扇45的反方向向散熱器35吹風(fēng)。送風(fēng)機14吹向散熱器35的風(fēng)比風(fēng)扇45吹向散熱器35的風(fēng)強。因此，風(fēng)扇45吹出的風(fēng)對于散熱器35的冷卻沒有什么作用。
另一方面，一旦分配器13的連接器16連接到氫氣灌裝口42a上，便自動開始向氫氣罐31中灌裝氫氣并且開關(guān)18接通。氫氣加氣站11的驅(qū)動控制裝置19依據(jù)開關(guān)18的接通信號，向馬達(dá)14a輸出驅(qū)動控制指令使之驅(qū)動送風(fēng)機14旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果，送風(fēng)機14吹出的風(fēng)吹到車輛30的散熱器35上，散熱器35的散熱效果比用車輛30所裝備的風(fēng)扇45進(jìn)行散熱時要好。
儲氣設(shè)備(氫氣儲存設(shè)備)12供給氫氣罐31的氫氣與氫吸儲合金MH發(fā)生反應(yīng)變成氫化物而被吸儲在氫吸儲合金MH中。由于氫的吸儲反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，因而若不使氫吸儲反應(yīng)產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉，吸儲反應(yīng)將無法流暢地進(jìn)行。然而，由于從熱量載體流通路徑36中流過的熱量載體被散熱器35高效率冷卻，而且不從燃料電池33的熱交換部36a流過而通過循環(huán)路徑36c和熱交換部36b在氫氣罐31與散熱器35之間進(jìn)行循環(huán)，因此，氫吸儲合金MH產(chǎn)生的熱量可通過熱量載體散發(fā)，使吸儲反應(yīng)得以流暢地進(jìn)行。其結(jié)果，例如在外部空氣溫度為30℃、熱量載體的流量為60L/min、送風(fēng)機14的風(fēng)速為6m/s以上的條件下，能夠在5分鐘內(nèi)向空的氫氣罐31灌裝相當(dāng)于充滿時的灌裝量5kg的95％以上的氫氣，即4.75kg以上的氫氣。
此外，控制裝置50對送風(fēng)機14進(jìn)行控制，從而能夠根據(jù)散熱器35的熱負(fù)荷、即根據(jù)從散熱器35中流過的熱量載體的溫度調(diào)整送風(fēng)機14的風(fēng)量。在對氫氣罐31進(jìn)行冷卻時，若從開始灌裝氫氣便以一定的送風(fēng)量對散熱器35進(jìn)行吹風(fēng)，則可使送風(fēng)機14的控制變得簡單。但是，散熱器35的熱負(fù)荷并不是恒定的。因此，若采用將送風(fēng)量恒定而在短時間內(nèi)完成氫氣灌裝的方式，送風(fēng)機14就必須以散熱器35熱負(fù)荷最大時所需要的送風(fēng)量一直工作到氫氣灌裝結(jié)束為止，因此，散熱器35的熱負(fù)荷較小時會造成能量的浪費。而在本實施方式中，對送風(fēng)機14進(jìn)行的控制可使之根據(jù)散熱器35的熱負(fù)荷提供風(fēng)量，與送風(fēng)量恒定的方式相比，在氫氣灌裝時間相同的情況下能夠減少能量消耗。
本實施方式具有以下優(yōu)點。
(1)氫氣加氣站11具有灌裝了既定壓力的氫氣的儲氣設(shè)備12、將儲氣設(shè)備12供給的氫氣灌裝到車輛30所配備的氫氣罐31中的分配器13、以及、能夠朝向車輛30的散熱器35吹風(fēng)的送風(fēng)機14。因此，在向車輛30的氫氣罐31中灌裝氫氣時，以送風(fēng)機14朝向車輛30的散熱器35送風(fēng)，與使用車輛30上裝備的散熱器冷卻用風(fēng)扇45相比，在單位時間內(nèi)能夠?qū)⒏罅康娘L(fēng)吹到散熱器35上。其結(jié)果，與將風(fēng)扇45用于散熱器35的冷卻相比，能夠在短時間內(nèi)完成氫氣的灌裝。而且，不需要對車輛30上所設(shè)置的已有的冷卻系進(jìn)行改動。
(2)驅(qū)動控制裝置19具有檢測分配器13是否開始向氫氣罐31灌裝氫氣的檢測器(開關(guān)18)，并依據(jù)該檢測器的檢測信號驅(qū)動送風(fēng)機14工作。因此，需要進(jìn)行冷卻時送風(fēng)機14能夠自動工作。
(3)檢測分配器13是否開始向氫氣罐31灌裝氫氣的檢測器，由分配器13的軟管17上所設(shè)置的連接器16連接到通往氫氣罐31的氫氣灌裝口42a上時便接通的開關(guān)18構(gòu)成。因此，檢測器的構(gòu)成非常簡單。
(4)驅(qū)動控制裝置19根據(jù)散熱器35的熱負(fù)荷對送風(fēng)機14的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。其結(jié)果，能夠降低送風(fēng)機14的能量消耗。
(5)燃料電池系統(tǒng)32具有多個氫氣罐31。向這些氫氣罐31供給熱量載體的熱量載體流通路徑36具有電磁三通閥48，而該電磁三通閥48能夠在使被散熱器35冷卻的熱量載體依次從所有氫氣罐31中流過的狀態(tài)、以及、只能夠從所選擇的至少一個氫氣罐31中流過的狀態(tài)之間進(jìn)行切換。因此，利用控制裝置50發(fā)出的指令信號，可以改變熱量載體的流動路線而使各氫氣罐31處于最佳狀態(tài)，便于對各氫氣罐31內(nèi)的氫吸儲合金MH恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加熱和冷卻。
(第2實施方式)下面，圍繞與上述第1實施方式的不同之處，結(jié)合圖3對本發(fā)明的第2實施方式進(jìn)行說明。凡與上述第1實施方式相同的部分賦予相同的附圖標(biāo)記并省略其詳細(xì)說明。在本實施方式中，氫氣加氣站11設(shè)置了冷卻裝置20，送風(fēng)機14將經(jīng)過所述冷卻裝置20冷卻而溫度變得低于外部空氣的風(fēng)吹向散熱器35。
如圖3所示，冷卻裝置20設(shè)置在氫氣加氣站11的車輛停止區(qū)域與送風(fēng)機14之間。該冷卻裝置20例如是構(gòu)成冷凍回路的一部分的蒸發(fā)器。構(gòu)成冷凍回路的其它設(shè)備(壓縮機、冷凝器、膨脹閥等)在圖中未繪出。冷凍回路例如可使用公知的冷凍回路。冷卻裝置20具有供在冷凍回路中循環(huán)的制冷劑流通的配管，該配管呈曲折狀彎曲以盡可能增加表面面積。由此，可使送風(fēng)機14送來的風(fēng)與冷卻裝置20之間高效率地進(jìn)行熱交換。
因此，本實施方式除了具有與上述第1實施方式的優(yōu)點(1)-(5)同樣的優(yōu)點之外，還具有以下優(yōu)點。
(6)送風(fēng)機14將經(jīng)過所述冷卻裝置20的冷卻而溫度變得低于外部空氣的風(fēng)吹向散熱器35。因此，散熱器35的散熱效果提高，與直接吹送外部空氣相比，用來冷卻氫氣罐31的熱量載體的溫度低，可進(jìn)一步縮短氫氣灌裝時間。
(第3實施方式)下面，圍繞與上述第1實施方式的不同之處，結(jié)合圖4對本發(fā)明的第3實施方式進(jìn)行說明。凡與第1實施方式相同的部分賦予相同的附圖標(biāo)記并省略其詳細(xì)說明。本實施方式涉及一種車輛，即，在氫氣加氣站11灌裝氫氣時，能夠使設(shè)置在車輛30的外部的風(fēng)扇(即設(shè)置在氫氣加氣站11上的送風(fēng)機14)吹出的風(fēng)高效率地對散熱器35進(jìn)行冷卻的車輛30。氫氣加氣站11的構(gòu)成與上述第1實施方式相同，車輛30上所裝備的燃料電池系統(tǒng)也與第1實施方式相同。
在車輛30的前部，設(shè)置有與將內(nèi)燃機作為驅(qū)動源的車輛的發(fā)動機室相當(dāng)?shù)氖?1。散熱器35在室51內(nèi)靠車輛30的前方設(shè)置。在將室51的上部開口遮蓋的可開閉的發(fā)動機蓋52上，形成有與之一體形成的前格柵53。前格柵53，在發(fā)動機蓋52處于關(guān)閉狀態(tài)時位于至少與散熱器35的前方相對應(yīng)的位置上，發(fā)動機蓋52處于打開狀態(tài)時，使散熱器35從車輛30的前方露出。
在本實施方式中，在如圖4的雙點劃線所示發(fā)動機蓋52打開的狀態(tài)下，在氫氣加氣站11向車輛30的氫氣罐31中灌裝氫氣。對于一般的車輛來說，在發(fā)動機室內(nèi)靠前方的位置設(shè)置散熱器，為了使外部空氣能夠進(jìn)入以及使散熱器用風(fēng)扇的風(fēng)能夠通過，將散熱器的前方部分用通風(fēng)性較好的前格柵遮擋。前格柵通常由做成網(wǎng)格或百葉窗等形式的隔板構(gòu)成，而該隔板會對從前格柵中通過的空氣形成阻力。
相對于此，作為本實施方式的車輛30，在發(fā)動機蓋52打開時，前格柵53上的至少將散熱器35的前方遮擋的部分將與發(fā)動機蓋52一起移動，使散熱器35的前部向外露出。散熱器35是在該狀態(tài)下受到送風(fēng)機14吹來的風(fēng)的冷卻的，因此，散熱器35的散熱效果進(jìn)一步提高，與前格柵不能夠和發(fā)動機蓋一起移動的車輛相比，能夠在短時間內(nèi)完成氫氣的灌裝。
對于上述各實施方式，例如還可以進(jìn)行如下改變。
檢測是否開始向氫氣罐31灌裝氫氣的檢測器，并不限于分配器13的軟管17上所設(shè)置的連接器16連接到通往氫氣罐31的氫氣灌裝口42a時便接通的開關(guān)18。例如，作為檢測器，也可以設(shè)置對氫在分配器13內(nèi)的流動進(jìn)行檢測的流量檢測裝置，使驅(qū)動控制裝置19依據(jù)流量檢測裝置在檢測到氫的流動時所輸出的檢測信號對送風(fēng)機14開始進(jìn)行驅(qū)動。一般來說，分配器13具有質(zhì)量流量計，因而可以將該質(zhì)量流量計作為流量檢測裝置使用。因此，不需要另外設(shè)置流量檢測裝置。
作為檢測是否開始灌裝氫氣的檢測器，還可以這樣構(gòu)成，即，在車輛30上設(shè)置對氫氣罐31的發(fā)熱進(jìn)行檢測的傳感器，當(dāng)該傳感器檢測到氫氣罐31發(fā)熱時，將與該發(fā)熱有關(guān)的信息發(fā)送給氫氣加氣站11的驅(qū)動控制裝置19。
作為在氫氣加氣站11灌裝氫氣時使氫氣加氣站11所裝設(shè)的送風(fēng)機14送來的風(fēng)高效率地對車載散熱器35進(jìn)行冷卻的結(jié)構(gòu)，并不限于圖4所示的第3實施方式的結(jié)構(gòu)。例如也可以在車輛30上設(shè)置能夠?qū)脑O(shè)置有散熱器35的室51的外部吹向該散熱器35的風(fēng)流暢地排放到室51之外的通路。例如，如圖5所示，在發(fā)動機蓋52上的、發(fā)動機蓋52處于關(guān)閉狀態(tài)時位于散熱器35附近的部位設(shè)置可開閉的蓋54。相對于送風(fēng)機14送來的風(fēng)的流向，蓋54設(shè)置在散熱器35的下游側(cè)。蓋54在車輛30行駛時保持關(guān)閉狀態(tài)，灌裝氫氣時如雙點劃線所示打開。蓋54處于打開狀態(tài)時，將在車輛30中形成通路55(圖5中的箭頭所示)，送風(fēng)機14吹出的吹向散熱器35并從散熱器35中通過的風(fēng)，可通過該通路55流暢地排放到室51的外部。即，通路55促使送風(fēng)機14的吹向散熱器35并從散熱器35中通過的風(fēng)排放到室51之外。
在設(shè)置有散熱器35的室51內(nèi)通常還裝設(shè)有各種設(shè)備，因而從室51的外部吹向散熱器35的風(fēng)不容易排放到室51之外。而根據(jù)本實施方式，在氫氣加氣站11向氫氣罐31中灌裝氫氣時，如果在所述蓋54打開的狀態(tài)下驅(qū)動送風(fēng)機14工作，則從室51之外吹向散熱器35并從散熱器35中通過的風(fēng)便能夠通過通路55流暢地排放到室51之外。因此，散熱器35的散熱效果提高，與不存在通路55時相比，能夠在較短時間內(nèi)完成氫氣的灌裝。蓋54在車輛30行駛時保持關(guān)閉狀態(tài)，因此，車輛30行駛時不形成所述通路55，車輛30行駛時不會對室51內(nèi)空氣的流動產(chǎn)生影響。
氫氣加氣站11的儲氣設(shè)備12，并不限于由以高于氫氣罐31灌滿時的內(nèi)部壓力的壓力灌裝氫氣后的多個氣瓶15a組成的氫氣儲存設(shè)備構(gòu)成。作為儲氣設(shè)備12，例如也可以使用比氣瓶15a大的單一高壓罐。
氫氣加氣站11并不限于固定的站點(固定裝置)，也可以是安裝在拖車或集裝箱車上的移動式加氣站。按照這種方案，例如在燃料電池作為家用電源得到普及時，可以很方便地為設(shè)置在各個家庭中的作為氫氣源的氫氣罐灌裝氫氣。
氫氣加氣站11并不限于向內(nèi)裝氫吸儲合金MH的氫氣罐31中灌裝氫氣，也可以用來向未內(nèi)裝氫吸儲合金的氫氣罐中灌裝氫氣。既便是在車輛所配置的是未內(nèi)裝氫吸儲合金的氫氣罐的情況下，只要利用氫氣加氣站11的送風(fēng)機14對車載散熱器35進(jìn)行冷卻，便能夠以比使用車載風(fēng)扇45更短的時間完成氫氣的灌裝，而且還能夠減少用于驅(qū)動車載風(fēng)扇45的電能消耗。
此外，并不限于采用對多個氫氣罐31同時灌裝氫氣的結(jié)構(gòu)，也可以在配管42與各個氫氣罐31之間的連接處設(shè)置閥門，從而能夠?qū)Χ鄠€氫氣罐31逐個依次灌裝氫氣。
氣瓶15a和氫氣罐31中分別灌滿氫氣時的壓力并不限于上述壓力。例如，燃料電池汽車所配備的氫氣罐，有的灌滿氫氣時的壓力為25MPa，在這種情況下，氣瓶15a灌滿時的壓力也可以低于44MPa。
也可以將壓力比氫氣罐31灌滿時的壓力低的氫氣預(yù)先儲存在儲氣設(shè)備12的氣瓶15a中，以壓縮機對氣瓶15a的氫氣進(jìn)行壓縮后供給氫氣罐31。
向儲氣設(shè)備12供給并灌裝的氫氣，不是由獨立于氫氣加氣站11的設(shè)施生產(chǎn)后輸送給儲氣設(shè)備12中的氫氣也可以。例如，也可以在氫氣加氣站11使化石燃料改性而產(chǎn)生氫氣或使水電分解而產(chǎn)生氫氣，將該氫氣供給儲氣設(shè)備12并進(jìn)行灌裝。
送風(fēng)機14并不限于固定設(shè)置在既定位置上的結(jié)構(gòu)，也可以是設(shè)置在可移動的臺車上，使之能夠移動到與停好的車輛30的散熱器35相向的位置上的結(jié)構(gòu)。這樣一來，即使散熱器35在車輛30上的設(shè)置位置因車型的不同而異(例如散熱器35不是設(shè)置在車輛30的前部而是設(shè)置在后部)，也容易應(yīng)對。
燃料電池33并不限于固體高分子型燃料電池，也可以是磷酸型燃料電池和堿型燃料電池等，只要是冷卻時使用熱量載體的燃料電池即可。
車輛30所配備的氫氣罐31的數(shù)量并不限于4個。也可以在3個以下或5個以上。即，燃料電池系統(tǒng)32既可以由一個燃料電池33和多個氫氣罐31連接而成，也可以是由一個氫氣罐31向一個燃料電池33供給氫的系統(tǒng)。
氫氣罐31也可以以內(nèi)裝有除氫吸儲合金之外的其它氫吸儲材料、例如活性碳纖維(activated carbon fiber)或單層納米碳管而構(gòu)成。
車輛30并不限于燃料電池汽車，也可以是裝有氫氣發(fā)動機的車輛。
權(quán)利要求
1.一種氫氣加氣站，用來向具有散熱器的車輛所配備的氫氣罐中灌裝氫氣，其特征是，包括儲存氫氣的儲氣設(shè)備；分配器，將所述儲氣設(shè)備供給的氫氣灌裝到所述氫氣罐中；送風(fēng)機，能夠朝向所述散熱器吹風(fēng)。
2.如權(quán)利要求1所述的氫氣加氣站，其特征是，還具有驅(qū)動控制裝置，在所述分配器開始向所述氫氣罐中灌裝氫氣時驅(qū)動所述送風(fēng)機工作。
3.如權(quán)利要求2所述的氫氣加氣站，其特征是，還具有檢測器，檢測所述分配器是否開始向所述氫氣罐中灌裝氫氣，所述驅(qū)動控制裝置依據(jù)來自所述檢測器的檢測信號驅(qū)動所述送風(fēng)機工作。
4.如權(quán)利要求3所述的氫氣加氣站，其特征是，所述車輛具有氫氣灌裝口，所述分配器具有可連接到所述氫氣灌裝口上的連接器，所述檢測器是檢測所述連接器是否連接在所述氫氣灌裝口上的開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1～4之任一權(quán)利要求所述的氫氣加氣站，其特征是，還具有冷卻裝置，對所述送風(fēng)機朝向所述散熱器吹出的風(fēng)進(jìn)行冷卻。
6.如權(quán)利要求1～5之任一權(quán)利要求所述的氫氣加氣站，其特征是，還具有驅(qū)動控制裝置，以根據(jù)所述散熱器的熱負(fù)荷對所述送風(fēng)機的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整的方式對所述送風(fēng)機進(jìn)行控制。
7.一種向車輛所配備的氫氣罐中灌裝氫氣的方法，所述車輛具有供冷卻所述氫氣罐的熱量載體流通的熱量載體流通路徑、對在所述熱量載體流通路徑中流動的熱量載體進(jìn)行冷卻的散熱器、以及能夠朝向所述散熱器送風(fēng)的風(fēng)扇，其特征是，所述方法包括在所述車輛停在氫氣加氣站內(nèi)的狀態(tài)下，向所述氫氣罐中灌裝氫氣；在所述氫氣灌裝時，由設(shè)置在所述氫氣加氣站上的送風(fēng)機以大于所述風(fēng)扇的風(fēng)量朝向所述散熱器吹風(fēng)。
8.一種以氫作為燃料的車輛，其特征是，包括儲存氫氣的氫氣罐；設(shè)置在設(shè)在車輛前部的室的內(nèi)部的散熱器，用于在向所述氫氣罐中灌裝氫氣時對該氫氣罐進(jìn)行；可開閉的發(fā)動機蓋，將所述室的上部開口遮蓋；與所述發(fā)動機蓋成一體形成的前格柵，該前格柵在所述發(fā)動機蓋關(guān)閉的狀態(tài)下，位于至少與所述散熱器的前方對應(yīng)的位置上，在所述發(fā)動機蓋打開的狀態(tài)下，使所述散熱器向著車輛的前方露出。
9.一種以氫作為燃料的車輛，其特征是，包括儲存氫氣的氫氣罐；設(shè)置在車輛中所設(shè)置的室的內(nèi)部的散熱器，用于在向所述氫氣罐中灌裝氫氣時對該氫氣罐進(jìn)行冷卻；排風(fēng)通路，促使從所述室的外部吹向所述散熱器并從該散熱器中通過的風(fēng)排放到所述室的外部。
10.如權(quán)利要求9所述的車輛，其特征是，所述室設(shè)在車輛的前部，車輛具有將所述室的上部開口遮蓋的發(fā)動機蓋，該發(fā)動機蓋具有可開閉的蓋，相對于吹向所述散熱器的風(fēng)的流向，該蓋設(shè)置在所述散熱器的下游側(cè)，所述排風(fēng)通路隨著所述蓋打開而形成。
全文摘要
氫氣加氣站(11)具有儲存氫氣的儲氣設(shè)備(12)、將儲氣設(shè)備(12)供給的氫氣灌裝到車輛(30)的氫氣罐(31)中的分配器(13)以及送風(fēng)機(14)。灌裝氫氣時，送風(fēng)機(14)朝向停在氫氣加氣站(11)的既定車輛停止區(qū)域的車輛(30)的散熱器(35)吹風(fēng)。送風(fēng)機(14)的風(fēng)量可根據(jù)散熱器(35)的熱負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號F17C5/06GK1933999SQ20058000921
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者久保秀人, 磯貝嘉宏, 森大五郎 申請人:株式會社豐田自動織機, 豐田自動車株式會社