储氢装置及车辆的制作方法

1.本公开涉及搭载于车辆的储氢装置。


背景技术：

2.日本特开2020-078101公开了在以氢气为燃料而行驶的车辆中，具有加氢口和多个气罐的结构，该加氢口是接纳加气站(st)侧的喷嘴且具备充氢口的构件。
3.日本特开2019-143672公开了能够向多个氢罐同时填充的充氢装置。
4.日本特开2005-155869公开了向多个罐填充气体的方法。这是从散热特性高的罐进行气体燃料的填充，在向其他的罐进行了气体燃料的填充之后，向散热特性高的罐进行气体燃料的再填充。
5.日本特开2006-200563公开了一种液体氢燃料的供给系统，填充从液体燃料产生的沸腾废气，根据沸腾废气的量能够变更填充单元的容积。


技术实现要素：

6.在向搭载有以氢为燃料的燃料电池的大型的商用车或公共汽车等填充量大的车辆填充氢的情况下，希望高效的填充。例如在从一个加氢口向车辆具备的多个氢罐填充氢的结构中，填充特别花费时间。此时，也可考虑设置多个加氢口而分别与氢罐连接的情况，但是根据既存的氢填充设备(氢站)的不同，也存在喷嘴仅能连接于一方的加氢口的情况，在该情况下需要喷嘴的更换而复杂化。
7.因此，在本公开中，即使是具备多个氢罐的车辆也能够高效地向氢罐填充氢。
8.本第一形态公开一种储氢装置，设置于以氢为燃料的车辆，具有多个加氢口、多个氢罐及供氢从加氢口向氢罐流动的流路，流路具有在多个加氢口的下游侧汇合到一处的汇合部，从汇合部向多个氢罐分支。
9.流路可以构成为，从加氢口至汇合部的流路长度比从汇合部至氢罐的流路长度短。
10.从加氢口至汇合部的流路的至少一部分可以是形成于分配器的内侧的流路。
11.可以是，多个氢罐包含容量不同的氢罐，对于第一容量的氢罐的从汇合部向氢罐的流路比对于比第一容量小的第二容量的氢罐的从汇合部向氢罐的流路短。
12.另外，第二形态公开一种车辆，具备：上述的储氢装置；接受来自储氢装置的氢罐的氢的供给而发电的燃料电池系统。
13.根据本公开的形态，即使是具备多个氢罐的车辆，也能够高效地向氢罐填充氢。
附图说明
14.下面将参考附图描述本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的附图标记表示相同的部件。
15.图1是表示车辆的概要的图。
16.图2a是说明充氢装置的图。
17.图2b是说明充氢装置的另一图。
18.图3是说明方式1a的储氢装置的图。
19.图4是说明方式1b的储氢装置的图。
20.图5是说明方式2的储氢装置的图。
21.图6是说明方式3的储氢装置的图。
具体实施方式
22.1.车辆
23.图1示意性地表示装载有氢罐21的车辆1的概要。需要说明的是，储氢装置20在后文使用另外的图来说明，因此图1仅示出储氢装置20中的氢罐21。本方式的车辆1是大型的车辆(卡车)，具备底盘2、在底盘2的前部配置的驾驶部3、在底盘2的后部配置的货架部4、在底盘2的下部设置的车轮部5、对车辆1进行驱动的电动马达6、及燃料电池单元10。需要说明的是，虽然在此示出了卡车作为大型的车辆，但是并不局限于此，本公开的方式也可以适用于公共汽车等。而且，本公开的方式也没有限定为大型的车辆，也可以适用于通常的乘用车。
24.燃料电池单元10具有燃料电池11、氢罐21、未图示的空气取得单元及氢罐收纳壳体7。由此，从被氢罐收纳壳体7收纳的氢罐21通过氢供给配管10a向燃料电池11供给氢，并从未图示的空气取得单元向燃料电池11供给空气。燃料电池11通过供给的空气(氧)使氢氧化而进行发电，通过电线10b向电动马达6供给电力使电动马达6驱动，车辆1得到推进力。关于这样的车辆1中的以氢为燃料的燃料电池11进行的电动马达6的驱动，如公知那样。而且，如后文说明那样，本方式的车辆1接受从设置于氢站的充氢装置供给的氢，在氢罐21配置有储存氢的储氢装置20。通过该储氢装置20将氢向氢罐21填充。
25.2.充氢装置
26.图2a、2b表示了说明对于储氢装置20供给氢的充氢装置50的概要的图。充氢装置50具备被封入有氢的蓄压器51、对于从蓄压器51向配管放出的氢进行压缩(升压)的压缩机(压缩器)52、将升压后的氢从压缩机52向车辆1的储氢装置20供给的氢供给管53、对氢供给进行控制的控制装置54。氢的填充通过将在氢供给管53的前端设置的喷嘴53a连接于在车辆1的储氢装置20设置的加氢口22来进行。充氢装置50存在如图2a所示配置有一个喷嘴53a的方式及如图2b所示配置有两个以上(多个)喷嘴53a的方式，在以下说明的储氢装置20中，无论在哪种情况下都能够进行高效的储氢。
27.3.储氢装置
28.如上所述，本方式的车辆1具备用于储存氢的装置即储氢装置20。图3～图6概念性地示出各方式中的储氢装置20的结构。以下，对各方式进行说明。
29.3.1.方式1
30.3.1.1.方式1a
31.图3概念性地示出方式1a的储氢装置20的结构。从图3可知，在本方式中，储氢装置20具备氢罐21、加氢口22、流路23。
32.[氢罐]
[0033]
氢罐21是储存氢的容器，从氢罐21向燃料电池11供给氢。氢罐21的具体的结构没有特别限定，能够适用作为氢罐可以利用的公知的结构。典型的是，氢罐具备作为储存氢的部位的罐主体t、成为罐主体t的氢的出入口并连接配管的管头k。
[0034]
在本方式中，设置多个(例如4个)氢罐21，向各个氢罐21填充氢。在此，列举配置4个氢罐21的例子，为了将它们区分而通过21a、21b、21c、21d表示附图标记。
[0035]
[加氢口]
[0036]
加氢口22连接于上述的充氢装置50的喷嘴53a，由此充氢装置50与储氢装置20的流路连通而氢从充氢装置50向氢罐21流动。加氢口22的具体的形状没有特别限定，可以使用公知的方式的结构。
[0037]
在本方式中，加氢口22设置多个(例如2个)，分别具备下游接头。并且，根据需要而连接喷嘴53a。例如在图2a的充氢装置50的情况下，只要在一个加氢口22(22a或22b)连接喷嘴53a即可，在图2b的充氢装置50的情况下，只要将两个喷嘴53a连接于各个加氢口22(22a及22b)即可。在此，列举具备两个加氢口22的例子，为了将它们区分而通过22a、22b表示附图标记。需要说明的是，除了如上所述在一个加氢口设置一个下游接头的情况之外，也存在对于多个加氢口设置一个下游接头的情况，也可以为任一者。即，只要设置多个加氢口即可。
[0038]
[流路]
[0039]
流路23是将加氢口22与氢罐21连通的流路，使氢流动。在本方式中，流路23具有配置在加氢口22侧的加氢口侧流路24及配置在氢罐21侧的罐侧流路25。
[0040]
《加氢口侧流路》
[0041]
加氢口侧流路24具备将一端连接于加氢口22a的配管所形成的流路24a及将一端连接于加氢口22b的配管所形成的流路24b，流路24a与流路24b以其另一端彼此在汇合部a使流路汇合的方式构成。即，从加氢口22a流入的氢与从加氢口22b流入的氢在汇合部a汇合。在本方式中，汇合部a由配管接头(配件)构成，流路24a、流路24b及向分支部b的配管通过配管接头连接。需要说明的是，流路24a及流路24b在连接于加氢口22a、加氢口22b的性质上，其流路截面积比罐侧流路25的流路截面积(配管所形成的流路25a～流路25d的各自的流路截面积)小(每单位长度的流动阻力增大，压力损失高)。
[0042]
另外，优选在流路24a、流路24b分别具备各两个止回阀24c(容许从加氢口侧朝向汇合部的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够双重地防止逆流，实现安全性的提高。
[0043]
《罐侧流路》
[0044]
罐侧流路25将一端连接于汇合部a，在中途的分支部b分支而将另一端分别连接于氢罐21。即，罐侧流路25具有从汇合部a至分支部b的配管所形成的流路25e及从分支部b至氢罐21a的配管所形成的流路25a、流路25e及至氢罐21b的配管所形成的流路25b、流路25e及至氢罐21c的配管所形成的流路25c、以及流路25e及至氢罐21d的配管所形成的流路25d。在本方式中，分支部b由配管接头(配件)构成，来自汇合部a的流路25e的配管及流路25a～流路25d的配管通过配管接头连接。
[0045]
需要说明的是，流路25a～流路25d各自的流路截面积比加氢口侧流路24(流路24a、流路24b)的流路截面积大(每单位长度的流动阻力小，压力损失低)。
[0046]
另外，优选在流路25a、流路25b、流路25c及流路25d分别具备止回阀25f(容许从汇合部朝向各氢罐的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够防止逆流，实现安全性的提高。
[0047]
3.1.2.方式1b
[0048]
图4概念性地示出方式1b的储氢装置20的结构。从图4可知，在本方式中，储氢装置20具备氢罐21、加氢口22、流路23。在此，氢罐21及加氢口22可以与上述方式1a同样考虑，因此省略说明。
[0049]
[流路]
[0050]
流路23是与加氢口22和氢罐21连通的流路，使氢流动。在本方式中，流路23具有配置于加氢口22侧的加氢口侧流路24及配置于氢罐21侧的罐侧流路25。
[0051]
《加氢口侧流路》
[0052]
在本方式中，加氢口侧流路24由从加氢口22a至汇合部a的流路24a及从加氢口22b至汇合部a的流路24b的一部分形成于分配器26的内侧的流路构成。分配器26是在其内侧形成有流路的块状的构件。因此，从加氢口22a至汇合部a，流路24a在加氢口22a配置配管，将该配管连接于分配器26而将分配器26的内侧的流路形成至汇合部a。同样，从加氢口22b至汇合部a，流路24b在加氢口22b配置配管，将该配管连接于分配器26而将分配器26的内侧的流路形成至汇合部a。即，在本方式中，分配器26以在其内侧包含汇合部a的方式设置流路。流路24a、流路24b、汇合部a的考虑方法与方式1a同样。
[0053]
另外，优选在流路24a、流路24b中的配管的部分分别具备各两个止回阀24c(容许从加氢口侧朝向汇合部a的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够双重地防止逆流，实现安全性的提高。
[0054]
《罐侧流路》
[0055]
罐侧流路25将一端连接于汇合部a，在中途的分支部b分支而将另一端分别连接于氢罐21。即罐侧流路25具有从汇合部a至分支部b的配管所形成的流路25e及从分支部b至氢罐21a的配管所形成的流路25a、流路25e及至氢罐21b的配管所形成的流路25b、流路25e及至氢罐21c的配管所形成的流路25c、以及流路25e及至氢罐21d的配管所形成的流路25d。在本方式中，包含分支部b的流路25e的全部、及其他的流路的一部分也由形成于分配器26的内侧的流路构成。需要说明的是，流路25a～流路25d各自的流路截面积比加氢口侧流路24(流路24a、流路24b)的流路截面积大(每单位长度的流动阻力小，压力损失低)。
[0056]
另外，优选在流路25a、流路25b、流路25c及流路25d分别具备止回阀25f(容许从汇合部朝向各氢罐的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够防止逆流，实现安全性的提高。
[0057]
3.1.3.流路的形态及效果等
[0058]
在本方式中，在流路23中，流路(24a、24b)在加氢口侧流路24中从多个加氢口(22a、22b)分别延伸，这些流路具有汇合到一处的汇合部(汇合部a)，并且流路在分支部b从罐侧流路25分支而连接于全部的氢罐21。此时，在汇合部a、分支部b中，可以如方式1a那样分别通过配管接头(配件)连结流路，也可以如方式1b那样通过内部形成有包含汇合部a及分支部b这两方那样的流路的分配器来连结流路。
[0059]
根据本方式，能够进行从充氢装置50向氢罐21的高效的填充。在例如图2a那样喷
嘴53a为一个(氢的供给口为一个)的充氢装置50的情况下，只要将该喷嘴53a连接于加氢口22a或加氢口22b的任一者，就能够向全部的氢罐21填充氢，不需要喷嘴的更换。另一方面，在如图2b那样喷嘴53a为两个(氢的供给口为两个)的充氢装置50的情况下，只要将两个喷嘴53a分别连接于加氢口22a及加氢口22b，就能够向全部的氢罐21填充氢，在该情况下也不需要喷嘴53a的更换。
[0060]
另外，加氢口22与汇合部a之间的流路长度(流路24a形成的流路长度、流路24b形成的流路长度分别)优选比汇合部a与氢罐21之间的流路长度(流路25e及流路25a形成的流路长度、流路25e及流路25b形成的流路长度、流路25e及流路25c形成的流路长度、流路25e及流路25d形成的流路长度分别)短。由此，能够将流路截面积小的加氢口侧流路24构成地短，因此能够将压力损失抑制得低。
[0061]
3.2.方式2
[0062]
图5概念地示出方式2的储氢装置20的结构。从图5可知，在本方式中，储氢装置20具备氢罐21、加氢口22、流路23。需要说明的是，关于加氢口22，可以与方式1同样地考虑，因此省略说明。
[0063]
[氢罐]
[0064]
氢罐21是储存氢的容器，从氢罐21向燃料电池11供给氢。氢罐21的基本的结构可以与方式1中说明的结构同样地考虑。但是，在本方式中，容量不同的氢罐21混杂地配置。具体而言，在本方式中，氢罐21设置多个(例如4个)，向各个氢罐21填充氢。在此列举配置4个氢罐21的例子，为了将它们区分而通过21a、21b、21c、21d表示附图标记。并且，氢罐21a、氢罐21b及氢罐21c为相同的第二容量，氢罐21d为比第二容量大的第一容量。
[0065]
[流路]
[0066]
流路23是与加氢口22和氢罐21连通的流路，使氢流动。在本方式中，流路23具有配置于加氢口22侧的加氢口侧流路24及配置于氢罐21侧的罐侧流路25。
[0067]
《加氢口侧流路》
[0068]
加氢口侧流路24具备将一端连接于加氢口22a的配管所形成的流路24a及将一端连接于加氢口22b的配管所形成的流路24b，流路24a与流路24b以其另一端彼此在汇合部a使流路汇合的方式构成。即，从加氢口22a流入的氢与从加氢口22b流入的氢在汇合部a汇合。需要说明的是，流路24a及流路24b在连接于加氢口22a、加氢口22b的性质上，其流路截面积比罐侧流路25的流路截面积(配管所形成的流路25a～流路25d的各自的流路截面积)小(每单位长度的流动阻力增大，压力损失高)。
[0069]
另外，优选在流路24a、流路24b分别具备各两个止回阀24c(容许从加氢口侧朝向汇合部的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够双重地防止逆流，实现安全性的提高。
[0070]
《罐侧流路》
[0071]
罐侧流路25将一端连接于汇合部a，在中途的分支部b分支而将另一端分别连接于氢罐21。即罐侧流路25具有从汇合部a至分支部b的配管所形成的流路25e及从分支部b至氢罐21a的配管所形成的流路25a、流路25e及至氢罐21b的配管所形成的流路25b、流路25e及至氢罐21c的配管所形成的流路25c、以及流路25e及至氢罐21d的配管所形成的流路25d。需要说明的是，流路25a～流路25d各自的流路截面积比加氢口侧流路24(流路24a、流路24b)
的流路截面积大(每单位长度的流动阻力小，压力损失低)。
[0072]
在本方式中，从图5可知，向容量大的氢罐21d的流路25d比向其他的氢罐21a～21c的流路25a～25c短。在罐容量不同的情况下，连接于容量大的氢罐的流路的流量增大，处于压力损失升高的倾向，因此通过将其缩短能够将压力损失抑制得低。需要说明的是，流路的具体的长度的程度没有特别限定，可以根据罐容量的差别进行比例分配地改变长度。而且，即使在罐容量不是两个种类而是三个种类以上的情况下，也只要对应于罐容量地通过比例分配以罐容量越大则越缩短流路的方式构成即可。
[0073]
另外，优选在流路25a、流路25b、流路25c及流路25d分别具备止回阀25f(容许从汇合部朝向各氢罐的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够防止逆流，实现安全性的提高。
[0074]
《流路的形态及效果等》
[0075]
本方式中的流路的形态也可以与方式1同样地考虑，发挥同样的效果。在本方式中，还根据罐容量来改变罐侧流路的各流路(25a～25d)的长度，由此，即使在配置有罐容量不同的多个氢罐的情况下也能够抑制压力损失的上升，能够进行高效的储氢。
[0076]
3.3.方式3
[0077]
图6概念性地示出方式3的储氢装置20的结构。从图6可知，在本方式中，储氢装置20具备氢罐21、加氢口22、流路23。需要说明的是，关于加氢口22，可以与方式1同样地考虑，因此省略说明。
[0078]
[氢罐]
[0079]
氢罐21是储存氢的容器，从氢罐21向燃料电池11供给氢。氢罐21的基本的结构可以与方式1中说明的结构同样地考虑。但是，在本方式中，容量不同的氢罐21混杂地配置。具体而言，在本方式中，氢罐21设置多个(例如4个)，向各个氢罐21填充氢。在此列举配置4个氢罐21的例子，为了将它们区分而通过21a、21b、21c、21d表示附图标记。并且，氢罐21a、氢罐21b及氢罐21c为相同的第二容量，氢罐21d为比第二容量大的第一容量。
[0080]
[流路]
[0081]
流路23是与加氢口22和氢罐21连通的流路，使氢流动。在本方式中，流路23具有配置于加氢口22侧的加氢口侧流路24及配置于氢罐21侧的罐侧流路25。
[0082]
《加氢口侧流路》
[0083]
加氢口侧流路24具备将一端连接于加氢口22a的配管所形成的流路24a及将一端连接于加氢口22b的配管所形成的流路24b，流路24a与流路24b以其另一端彼此在汇合部a使流路汇合的方式构成。即，从加氢口22a流入的氢与从加氢口22b流入的氢在汇合部a汇合。需要说明的是，流路24a及流路24b在连接于加氢口22a、加氢口22b的性质上，其流路截面积比罐侧流路25的流路截面积(配管所形成的流路25a～流路25d的各自的流路截面积)小(每单位长度的流动阻力增大，压力损失高)。
[0084]
另外，优选在流路24a、流路24b分别具备各两个止回阀24c(容许从加氢口侧朝向汇合部的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够双重地防止逆流，实现安全性的提高。
[0085]
《罐侧流路》
[0086]
罐侧流路25将一端连接于汇合部a，在中途的分支部b分支而将另一端分别连接于
氢罐21。即罐侧流路25具有从汇合部a至分支部b的配管所形成的流路25e及从分支部b至氢罐21a的配管所形成的流路25a、流路25e及至氢罐21b的配管所形成的流路25b、流路25e及至氢罐21c的配管所形成的流路25c、以及流路25e及至氢罐21d的配管所形成的流路25d。
[0087]
需要说明的是，流路25a～流路25d各自的流路截面积比加氢口侧流路24(流路24a、流路24b)的流路截面积大(每单位长度的流动阻力小，压力损失低)。
[0088]
在本方式中，从图6可知，向与其他相比容量大的氢罐21d的流路25d比向其他的氢罐21a～21c的流路25a～25c的流路截面积大。在罐容量不同的情况下，连接于容量大的氢罐的流路的流量增大，压力损失处于升高的倾向，由此能够将压力损失抑制得低。需要说明的是，流路截面积的具体的程度没有特别限定，但是可以根据罐容量的差别进行比例分配地改变流路截面积。即使在罐容量不是两个种类而是三个种类以上的情况下，也只要对应于罐容量地通过比例分配以罐容量越大则越增大流路截面积的方式构成即可。
[0089]
另外，优选在流路25a、流路25b、流路25c及流路25d分别具备止回阀25f(容许从汇合部朝向各氢罐的方向的流动并限制其相反的流动的阀)。由此，能够防止逆流，实现安全性的提高。
[0090]
《流路的形态及效果等》
[0091]
本方式中的流路的形态也可以与方式1同样地考虑，发挥同样的效果。在本方式中，还根据罐容量而改变罐侧流路的各流路(25a～25d)的流路截面积，由此，即使在配置有罐容量不同的多个氢罐的情况下也能够抑制压力损失的上升，能够进行高效的氢填充。
[0092]
4.其他
[0093]
上述的方式1～方式3的储氢装置并不局限于适用任一个方式，可以将至少两个组合适用。由此，能够提高加氢口配置、配管的配置、氢罐的配置的设计自由度。
[0094]
另外，储氢装置的流路是在将氢向氢罐填充时使用的流路，但是在氢罐也连接有使氢向燃料电池系统流出的流路。因此，储氢装置的流路的一部分可以兼作为燃料电池系统用的流路。此时的流路的切换可以通过基于电磁阀的切换阀进行。

技术特征：
1.一种储氢装置，设置于以氢为燃料的车辆，其特征在于，所述储氢装置包括：多个加氢口；多个氢罐；及流路，供氢从所述加氢口向所述氢罐流动，其中，所述流路具有汇合部，该汇合部构成为使所述氢在多个所述加氢口的下游侧汇合到一处，所述流路构成为从所述汇合部向所述多个氢罐分支。2.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，在所述流路中，从所述加氢口至所述汇合部的流路的长度比从所述汇合部至所述氢罐的流路的长度短。3.根据权利要求1或2所述的储氢装置，其特征在于，从所述加氢口至所述汇合部的流路的至少一部分是形成于分配器的内侧的流路。4.根据权利要求1～3中任一项所述的储氢装置，其特征在于，多个所述氢罐包含容量不同的氢罐，对于第一容量的所述氢罐的从所述汇合部向所述氢罐的流路比对于第二容量的所述氢罐的从所述汇合部向所述氢罐的流路短，所述第二容量比所述第一容量小。5.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1～4中任一项所述的储氢装置；及燃料电池系统，构成为接受来自所述储氢装置的所述氢罐的氢的供给而发电。

技术总结
本发明提供一种储氢装置及车辆。设置于以氢为燃料的车辆的储氢装置具有多个加氢口、多个氢罐及供氢从加氢口向氢罐流动的流路，流路具有在多个加氢口的下游侧汇合到一处的汇合部，从汇合部向多个氢罐分支。从汇合部向多个氢罐分支。从汇合部向多个氢罐分支。


技术研发人员：山本翔太 矢桥洋树 大川内荣治
受保护的技术使用者：丰田自动车株式会社
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/8/1