JP2006138332A - ガス供給装置およびガス供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃を緩和したガス供給装置およびガス供給方法を提供すること。
【解決手段】本発明のガス供給装置は，蓄ガス器ユニット１１と，蓄ガス器ユニット１１に貯蔵されたガスを自動車タンク４へ供給する供給ライン３５とを有するものであって，供給ライン３５に設けられた流量制御弁３１と，供給ライン３５における流量制御弁３１より下流の位置に設けられたガス開閉弁３３と，供給ライン３５における流量制御弁３１より下流の位置と蓄ガス器ユニット１１の上流側の位置とを結ぶ回収ライン４２と，回収ライン４２に設けられたガス開閉弁４１と，ガス開閉弁３３，４１の開閉を制御する制御装置３６とを有し，制御装置３６は，供給ライン３５による自動車タンク４へのガス供給の前または後に，ガス開閉弁３３，４１を開いて供給ライン３５を掃気する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，例えば，燃料電池自動車等へ燃料である水素ガスを供給する水素供給ステーション等に設けられるガス供給装置およびそのガス供給装置によるガス供給方法に関するものである。さらに詳細には，高圧の圧縮ガスをディスペンサによって供給するガス供給装置およびガス供給方法に関するものである。

例えば，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションでは，都市ガス等から水素を製造するための水素製造装置と，製造された水素を供給するためのガス供給装置とを有している。そして，ガス供給装置は，水素製造装置で製造された水素を圧縮保管するための蓄ガス器と，蓄ガス器に保管されている水素を燃料電池自動車等に搭載されているタンク（自動車タンク）に供給するためのディスペンサを有している。一般に，水素製造装置により製造された水素は，圧縮機により所定の圧力（例えば４０ＭＰａＧ）まで昇圧され，一旦蓄ガス器に貯蔵される。そして，燃料電池自動車の自動車タンク等には，ディスペンサによって，所定の圧力（例えば３５ＭＰａＧ）に達するまで水素を充填する。水素充填を行う際には一般に，ディスペンサを介して，その充填ホースを自動車の充填口に接続して行われる。このとき，充填ホース内とディスペンサ内の圧力は充填される自動車タンクと同じ圧力になる。

そのため，充填終了後にノズルを充填口からはずすためには，充填ホース内を減圧する必要がある。そこで，例えば特許文献１に記載のガス供給装置では，充填ホース内の残留ガスを引き込む回収ライン（低圧管路）と三方弁とを有している。この文献に記載のガス供給装置の概略構成を図７に示す。水素ガスを供給するための供給ライン１０１には，流量制御弁，流量計，ガス開閉弁等が接続されており，充填ホース１０２によって燃料電池自動車に接続される。さらに，供給ライン１０１には，三方弁１０３によって回収ライン１０４が接続されている。

このガス供給装置によって燃料電池自動車の自動車タンクに水素ガスを供給する際には，各弁が制御されて，図７に示すように，供給ライン１０１から充填ホース１０２へと水素ガスが流される。充填が終了すると，流通制御弁やガス開閉弁が閉止されるとともに三方弁１０３が操作され，図８に示すように，充填ホース１０２と回収ライン１０４とが連通される。なお，これらの図では連通されている弁の方向を黒三角で，閉止されている方向を白三角で示している。これにより，充填終了時に充填ホース１０２内等に残留していた水素ガスは，外部に放出されることなく適切に回収処理される。
特開平８−６８４９８号公報

しかしながら，前記した従来のガス供給装置では，次のような問題点があった。この装置での水素ガス充填中は，図７中に太線で示した範囲に高圧の水素ガスが流通する。さらに，充填終了後に残留ガスを回収ライン１０４によって回収すると，図８に示すようになる。すなわち，充填ホース１０２内は低圧に減圧されるものの，供給ライン１０１のうち三方弁１０３までの範囲には，回収後も高圧水素ガスが残留したままとなっているのである。

この状態で第２の燃料電池自動車に充填する場合には，ノズルを接続した後，各弁が制御されて再び図７に示す状態とされる。すると，上記の範囲にたまっていた残留ガスが勢いよく充填ホース１０２へと流れ込んでしまう。自動車タンクへの充填時の最終圧力は例えば３５ＭＰａＧであり，この残留ガスによる充填ホース１０２等にかかる圧力は，例えば自動車タンクの充填圧力の１／１０程度となることがわかった。そのため，充填開始時初期に充填ホース１０２等にかかる急激な圧力上昇の反動により，ノズルと充填口の周囲等を傷つけるおそれがあるという問題点があった。

本発明は，前記した従来のガス供給装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃を緩和したガス供給装置およびガス供給方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明のガス供給装置は，ガス貯蔵容器と，ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを供給先容器へ供給する供給ラインとを有するガス供給装置であって，供給ラインに設けられた流量調整弁と，供給ラインにおける流量調整弁より下流の位置に設けられた供給開閉弁と，供給ラインにおける流量調整弁より下流の位置とガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ回収ラインと，回収ラインに設けられた回収開閉弁と，供給開閉弁および回収開閉弁の開閉を制御する開閉制御部とを有し，開閉制御部は，供給ラインによる供給先容器へのガス供給の前または後に，供給開閉弁および回収開閉弁を開いて供給ラインを掃気するものである。

このガス供給装置（１）によれば，供給開閉弁を開放して流量調整弁を調整することにより，ガス貯蔵装置から供給先容器へガスが供給される。そして，ガス供給の前または後に，供給開閉弁および回収開閉弁が開かれるので，流量調整弁より下流の位置の供給ラインは回収ラインに連通される。従って，供給先容器へのガス供給の開始時には，流量調整弁より下流には，高圧のガスが残留していることはない。すなわち，供給開閉弁を開放したときに，充填ホースやノズル部分に高圧のガスが流れ込むおそれはない。これにより，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃を緩和したガス供給装置となっている。

また本発明は，ガス貯蔵容器と，ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを供給先容器へ供給する供給ラインとを有するガス供給装置であって，供給ラインに設けられた流量調整弁と，供給ラインにおける流量調整弁より下流の位置に設けられた供給開閉弁と，供給開閉弁をバイパスするバイパス管と，バイパス管とガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ回収ラインと，回収ラインに設けられた回収開閉弁とを有するものであってもよい。

このガス供給装置（２）によれば，バイパス管によって供給開閉弁がバイパスされている。従って，供給開閉弁が閉止されていても，流量調整弁の下流側は回収ラインに連通している。つまり，供給先容器へのガス供給の開始時に，流量調整弁より下流には，高圧のガスが残留していないようにガスを回収することができる。これにより，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃を緩和したガス供給装置となっている。

また本発明は，ガス貯蔵容器と，ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを供給先容器へ供給する供給ラインとを有するガス供給装置であって，供給ラインに設けられた流量調整弁と，供給ラインにおける流量調整弁より下流の位置に設けられた供給開閉弁と，供給ラインにおける供給開閉弁より下流の位置とガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ第１回収ラインと，第１回収ラインに設けられた第１回収開閉弁と，供給ラインにおける流量調整弁と供給開閉弁との間の位置とガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ第２回収ラインと，第２回収ラインに設けられた第２回収開閉弁とを有するものであってもよい。

このガス供給装置（３）によれば，第２回収開閉弁を開放することにより，供給ラインにおける流量調整弁と供給開閉弁との間の位置と第２回収ラインとを連通させることができる。つまり，供給先容器へのガス供給の開始時に，流量調整弁より下流には，高圧のガスが残留していないようにガスを回収することができる。これにより，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃を緩和したガス供給装置となっている

さらに（２）のガス供給装置では，回収開閉弁の開閉を制御する開閉制御部を有し，開閉制御部は，供給ラインによる供給先容器へのガス供給の前または後に，回収開閉弁を開いて供給ラインを掃気することが望ましい。
さらに（３）のガス供給装置では，第１回収開閉弁および第２回収開閉弁の開閉を制御する開閉制御部を有し，開閉制御部は，供給ラインによる供給先容器へのガス供給の前または後に，第１回収開閉弁および第２回収開閉弁を開いて供給ラインを掃気することが望ましい。
このようにすれば，供給先容器へのガス供給の開始時に，流量調整弁より下流には，高圧のガスが残留していないようにガスを回収することができる。

さらに本発明は，ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを，流量調整弁および供給開閉弁が設けられた供給ラインを通して供給先容器へ供給するガス供給方法であって，ガス供給時には，流量調整弁および供給開閉弁を開いて供給先容器へガスを供給し，ガス供給の前または後に，流量調整弁と供給開閉弁との間の区間に残留しているガスをガス貯蔵容器へ回収するガス供給方法にも及ぶ。

本発明のガス供給装置およびガス供給方法によれば，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃が緩和されている。

「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションに使用されるガス供給装置に本発明を適用したものである。

本形態の水素供給ステーションは，その概略構成を図１に示すように，都市ガス等から水素を製造するための水素製造装置２と，製造された水素を供給するためのガス供給装置１０とを有している。ガス供給装置１０は，水素製造装置２で製造された水素を燃料電池自動車３に搭載されている自動車タンク４に供給するためのものである。このガス供給装置１０は，蓄ガス器ユニット１１とディスペンサ１２とを有している。水素製造装置２により製造された水素ガスは、圧縮機５により所定の圧力以上（例えば４０ＭＰａＧ）まで昇圧され、一旦蓄ガス器ユニット１１に貯蔵される。そして，ディスペンサ１２によって，燃料電池自動車３の自動車タンク４に所定の圧力（例えば３５ＭＰａＧ）に達するまで水素が充填される。

蓄ガス器ユニット１１は，複数のガスタンク２１，２２を有し，そのそれぞれに対して流入用と流出用のガス開閉弁２３，２４，２５，２６および圧力計２７，２８が接続されている。この図では２つのガスタンク２１，２２を示しているが，より多数のものを備えていても良い。また，これらのガスタンク２１，２２は，同様の構成であるが，使用時には区別して使用される。

また，ディスペンサ１２は，流量制御弁３１，質量流量計３２，ガス開閉弁３３，圧力計３４が順に接続された流路である供給ライン３５を有している。この供給ライン３５は，蓄ガス器ユニット１１の下流に接続されている。供給ライン３５の出口には充填ホース３７が接続され，その先端にはノズル３８を有している。燃料電池自動車３に水素ガスを供給する際には，燃料電池自動車３の充填口３９にノズル３８が差し込まれて固定される。さらに，供給ライン３５には，ガス開閉弁４１を介して，回収ライン４２，バッファタンク４３が接続されている。バッファタンク４３は，水素製造装置２の下流で圧縮機５の上流の位置に接続されている。また，ディスペンサ１２は，各圧力計２７，２８，３４や質量流量計３２の検出結果の入力を受けるとともに，各ガス開閉弁２５，２６，３３，４１と流量制御弁３１とを制御するための制御装置３６を有している。

すなわち，本形態のディスペンサ１２は，図２にその主要部を示すように，供給ライン３５には上流から流量制御弁３１とガス開閉弁３３とが接続されている。また，回収ライン４２は，そのガス開閉弁３３より下流の位置において供給ライン３５に接続されている。回収ライン４２には，流路を開閉するためのガス開閉弁４１が設けられている。そして，これらの弁３１，３３，４１はいずれも制御装置３６によって制御される。ここで，流量制御弁３１が流量調整弁に，ガス開閉弁３３が供給開閉弁に，ガス開閉弁４１が回収開閉弁に，制御装置３６が開閉制御部にそれぞれ相当する。

本形態の水素供給ステーションによって燃料電池自動車３の自動車タンク４に水素ガスを充填する際には，まず，燃料電池自動車３の充填口３９にノズル３８を差し込み固定する。そして，ガス開閉弁３３を開放して流量制御弁３１を次第に開けてゆくことにより，自動車タンク４に水素ガスが充填される。自動車タンク４のガス圧力が所定の圧力近くになった時に，流量制御弁３１を徐々に閉止していき，自動車タンク４のガス圧力が所定の圧力に達した時に，ガス開閉弁３３と流量制御弁３１とを完全に閉じて充填を終了する。

このとき，充填を終了しても充填ホース３７内には高圧の水素ガスが残留している。そこで，従来よりこの残留ガスを回収しリサイクルすることが行われている。すなわち充填終了してガス開閉弁３３を閉止した後，ガス開閉弁４１を開放して，回収ライン４２を介して残留ガスをバッファタンク４３に回収する。これにより，充填ホース３７内部の圧力が低下され，ノズル３８を充填口３９から容易にはずすことができる。

本形態では，充填ホース３７内の水素ガスの回収と同時に，流通制御弁３１からガス開閉弁３３までの間に残留した水素ガスの回収を行う。そのため，制御装置３６は，ガス開閉弁３３，４１をともに開状態とする。これにより，流量制御弁３１からガス開閉弁３３までの範囲に残留している水素ガスが回収ライン４２へと導かれるので，この範囲内の残圧をも低下させることができる。従って，次の燃料電池自動車３の自動車タンク４に接続した後，まずガス開閉弁３３を開放しても残圧による衝撃を受けることはない。

本形態によるガス供給方法を，図３のフローチャートに基づいて説明する。水素ガスの供給を受けようとする燃料電池自動車３がこのステーションに到着すると，この処理が開始される。まず，燃料電池自動車３の充填口３９にノズル３８を接続し，燃料電池自動車３の開閉弁を開放する（Ｓ１０１）。ここまでは一般に手動で行われる。

次に，制御装置３６は，ディスペンサ１２のガス開閉弁３３を開放するとともに，蓄ガス器ユニット１１のガス開閉弁２５またはガス開閉弁２６を開放する（Ｓ１０２）。どちらのガスタンク２１，２２を使用するかは，圧力計２７，２８等の出力値を基にして決定される。さらに，流量制御弁３１を徐々に開放し，自動車タンク４に水素ガスを充填する（Ｓ１０３）。

自動車タンク４には，それぞれの満タン時のガス圧力が決まっているので，圧力計３４の示す圧力値がその圧力になるまで水素ガスの充填を続ける（Ｓ１０４）。自動車タンク４のガス圧力が所定の圧力近くになったら，流量制御弁３１を徐々に閉じていく（Ｓ１０５）。所定の圧力に達した時に，ガス開閉弁３３と流量制御弁３１を完全に閉じる（Ｓ１０６）。また，蓄ガス器ユニット１１のガス開閉弁２５あるいはガス開閉弁２６も閉止する。

次に，ガス開閉弁３３とガス開閉弁４１とを同時に開放し，充填ホース３７に残留する水素ガスと流量制御弁３１からガス開閉弁３３までの間に残留する水素ガスを，回収ライン４２を介して，バッファタンク４３に回収する（Ｓ１０７）。

その後，圧力計３４の出力値が所定の圧力まで低下した時，ガス開閉弁３３とガス開閉弁４１とを同時に閉止する（Ｓ１０８）。次に，燃料電池自動車３の充填口３９からノズル３８を取り外し，燃料電池自動車３の開閉弁を閉じて（Ｓ１０９），この処理を終了する。

なおここでは，自動車タンク４への水素ガスの充填終了後に続けて残留ガスの回収を行っているが，充填終了後はそのままにしておいて，次の充填開始前に行うようにしても良い。すなわち，Ｓ１０７とＳ１０８とをＳ１０１の前に行うようにしても良い。
また，ここでは，回収ライン４２をガス開閉弁３３の下流側に接続するとしたが，ガス開閉弁３３の上流で流量制御弁３１の下流の位置に接続しても良い。

以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置１０とこれによるガス充填方法によれば，充填ホース３７の内部だけでなく，流量制御弁３１とガス開閉弁３３との間に残留した水素ガスをも回収される。このため，次の燃料電池自動車３に水素ガスを充填する作業に当たって，ガス開閉弁３３を開放しても，充填ホース３７等に高圧のガスが流れ込むことはない。従って，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズル３８と燃料電池自動車３の充填口３９周辺に生じる衝撃が緩和され，ノズル３８等に傷つくおそれがないガス供給装置１０となっている。

「第２の形態」
次に，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションに使用されるガス供給装置に本発明を適用したものである。本形態は，第１の形態と比較して，ディスペンサ部分がやや異なるのみであるので，共通部分に関しては同じ符号を用いるとともに説明を省略する。

本形態のディスペンサ１３は，図４に示すように，ガス開閉弁３３の上流側とガス開閉弁４１の上流側とを連通させるバイパス管４４が設けられている。このようにすれば，ノズル３８をはずすためにガス開閉弁４１が開放されたときには，流量制御弁３１からガス開閉弁３３までの間に残留する水素ガスも回収される。これにより，高圧の残留ガスをバイパス管４４を介して回収ライン４２に回収することができる。

以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置によっても，第１の形態と同様に，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃が緩和されている。

「第３の形態」
次に，本発明を具体化した第３の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションに使用されるガス供給装置に本発明を適用したものである。本形態は，第１の形態と比較して，ディスペンサ部分がやや異なるのみであるので，共通部分に関しては同じ符号を用いるとともに説明を省略する。

本形態のディスペンサ１４は，図５に示すように，ガス開閉弁３３の上流側とガス開閉弁４１の下流側との間に，ガス開閉弁４５と第２の回収ライン４６とが設けられている。このようにすれば，ノズル３８をはずした後，ガス開閉弁３３，４１を閉止したままで，ガス開閉弁４５を開放させて残留ガスの回収を行うことができる。これにより，流量制御弁３１からガス開閉弁３３までの間に残留する水素ガスは，第２の回収ライン４６を介して第１の回収ライン４２に回収される。

以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置によっても，第１の形態と同様に，水素ガスを充填する際，充填開始時初期の急激な圧力上昇をおさえ，ノズルと充填口周辺に生じる衝撃が緩和されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，図６に示すように，質量流量計３２とガス開閉弁３３との配置を交換し，流量制御弁３１とガス開閉弁３３との間の容積を可能な限り小さくして，残留ガスがほとんど残留されないようにしてもよい。さらに，流量制御弁３１とガス開閉弁３３とを一体品としたものを用いても良い。
また例えば，制御装置３６は，ディスペンサ１２内に限らず蓄ガス器ユニット１１に備えられたり，あるいはディスペンサ１２や蓄ガス器ユニット１１とは別に単独で設けられても良い。
また例えば，上記の形態では，燃料電池自動車に水素ガスを供給する水素ガス供給ステーションに本発明を適用しているが，水素ガスに限らず，圧縮天然ガス等の他のガスを供給する装置にも適用可能である。

第１の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。 第１の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。 ガス供給方法を示すフローチャートである。 第２の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。 第３の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。 ガス供給装置の別の例を示す概略構成図である。 従来のガス供給方法を示す説明図である。 従来のガス供給方法を示す説明図である。

符号の説明

４ 自動車タンク（供給先容器）
１１ 蓄ガス器ユニット（ガス貯蔵容器）
１２，１３，１４ ディスペンサ
３１ 流量制御弁（流量調整弁）
３３ ガス開閉弁（供給開閉弁）
３５ 供給ライン
３６ 制御装置（開閉制御部）
４１ ガス開閉弁（回収開閉弁，第１回収開閉弁）
４２ 回収ライン（回収ライン，第１回収ライン）
４４ バイパス管
４５ ガス開閉弁（第２回収開閉弁）
４６ 回収ライン（第２回収ライン）

Claims (5)

1. ガス貯蔵容器と，前記ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを供給先容器へ供給する供給ラインとを有するガス供給装置において，
   前記供給ラインに設けられた流量調整弁と，
   前記供給ラインにおける前記流量調整弁より下流の位置に設けられた供給開閉弁と，
   前記供給ラインにおける前記流量調整弁より下流の位置と前記ガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ回収ラインと，
   前記回収ラインに設けられた回収開閉弁と，
   前記供給開閉弁および前記回収開閉弁の開閉を制御する開閉制御部とを有し，
   前記開閉制御部は，前記供給ラインによる供給先容器へのガス供給の前または後に，前記供給開閉弁および前記回収開閉弁を開いて前記供給ラインを掃気することを特徴とするガス供給装置。
2. ガス貯蔵容器と，前記ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを供給先容器へ供給する供給ラインとを有するガス供給装置において，
   前記供給ラインに設けられた流量調整弁と，
   前記供給ラインにおける前記流量調整弁より下流の位置に設けられた供給開閉弁と，
   前記供給開閉弁をバイパスするバイパス管と，
   前記バイパス管と前記ガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ回収ラインと，
   前記回収ラインに設けられた回収開閉弁とを有することを特徴とするガス供給装置。
3. ガス貯蔵容器と，前記ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを供給先容器へ供給する供給ラインとを有するガス供給装置において，
   前記供給ラインに設けられた流量調整弁と，
   前記供給ラインにおける前記流量調整弁より下流の位置に設けられた供給開閉弁と，
   前記供給ラインにおける前記供給開閉弁より下流の位置と前記ガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ第１回収ラインと，
   前記第１回収ラインに設けられた第１回収開閉弁と，
   前記供給ラインにおける前記流量調整弁と前記供給開閉弁との間の位置と前記ガス貯蔵容器の上流側の位置とを結ぶ第２回収ラインと，
   前記第２回収ラインに設けられた第２回収開閉弁とを有することを特徴とするガス供給装置。
4. 請求項２または請求項３に記載するガス供給装置において，
   前記回収開閉弁，または，前記第１回収開閉弁および前記第２回収開閉弁，の開閉を制御する開閉制御部を有し，
   前記開閉制御部は，前記供給ラインによる供給先容器へのガス供給の前または後に，前記回収開閉弁，または，前記第１回収開閉弁および前記第２回収開閉弁，を開いて前記供給ラインを掃気することを特徴とするガス供給装置。
5. ガス貯蔵容器に貯蔵されたガスを，流量調整弁および供給開閉弁が設けられた供給ラインを通して供給先容器へ供給するガス供給方法において，
   ガス供給時には，前記流量調整弁および前記供給開閉弁を開いて供給先容器へガスを供給し，
   ガス供給の前または後に，前記流量調整弁と前記供給開閉弁との間の区間に残留しているガスをガス貯蔵容器へ回収することを特徴とするガス供給方法。

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