JP2007092928A - Gas supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガス供給装置に係り、特に圧縮された水素ガスを被充填タンクに充填するように構成されたガス供給装置に関する。 The present invention relates to a gas supply device, and more particularly to a gas supply device configured to fill a tank to be filled with compressed hydrogen gas.
例えば、燃料電池車等に搭載された燃料タンク(被充填タンク)に充填される水素ガスは、他の圧縮ガス(例えば、CNG等)に比べて分子が小さいので、樹脂製のガス充填ホースを透過しやすい性質を有している。 For example, hydrogen gas filled in a fuel tank (filled tank) mounted on a fuel cell vehicle has a smaller molecule than other compressed gas (for example, CNG). It has the property of being easily transmitted.
このように、ガス充填ホースでのガス漏洩を検出する方法としては、例えば、ガス充填ホースを2重構造にして内側ホースから漏洩したガスが外側ホースによって回収する構成とし、ガスセンサにより外側ホースからのガス回収の有無を検出する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来のガス供給装置では、より高い圧力に圧縮した水素ガスを供給する場合、高圧になるほど水素ガスが樹脂製のガス充填ホースを透過しやすくなるため、ホース劣化により生じたことによる漏洩なのか、樹脂ホースに亀裂が無いのに水素ガスが樹脂ホースを透過したのかをガスセンサによって検出することが難しかった。 However, in the conventional gas supply device, when hydrogen gas compressed to a higher pressure is supplied, the higher the pressure is, the easier it is for the hydrogen gas to permeate the resin gas-filled hose. However, it was difficult for the gas sensor to detect whether hydrogen gas permeated through the resin hose even though there was no crack in the resin hose.
また、高圧に圧縮された水素ガスが樹脂ホースを透過しないようにするには、樹脂ホースの肉厚をできるだけ厚くすると共に、硬い材質の樹脂ホースを使用することが望ましいが、その場合、ガス充填ホースの剛性及び重量が増大して充填操作がしにくくなり、1人の作業員で操作することが難しい。 In order to prevent hydrogen gas compressed to high pressure from permeating through the resin hose, it is desirable to make the resin hose as thick as possible and use a hard resin hose. The rigidity and weight of the hose increases, making it difficult to perform the filling operation, and it is difficult for one operator to operate.
そこで、本発明は上記事情に鑑み、課題を解決したガス供給装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a gas supply device that solves the problem.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
請求項1記載の発明は、所定圧力に加圧された水素ガスを供給するガス供給経路と、該ガス供給経路を介して供給される水素ガスの流量を制御する制御弁と、前記ガス供給経路から供給された水素ガスが流通する内側通路を覆う内部ホースと、該内部ホースの外側に形成された外側通路を覆うように配された外部ホースとを有するガス充填ホースと、該ガス充填ホースの内部ホースの端部に接続され、被充填タンクの充填口に結合される充填カップリングと、前記内側通路から前記内部ホースを透過して前記外側通路に漏洩した水素ガスを回収するように前記外側通路に連通された回収管路と、前記回収管路に設けられた絞りと、該絞りの上流側の回収管路に設けられ、前記内側通路から前記外側通路に漏洩した水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、前記ガス供給経路に前記水素ガスを冷却する冷却手段を設け、前記外側通路に断熱材を挿入して前記内側通路を通過する水素ガスの温度上昇を抑制することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a cooling means for cooling the hydrogen gas is provided in the gas supply path, and a heat insulating material is inserted into the outer passage to suppress an increase in temperature of the hydrogen gas passing through the inner passage. Features.
本発明によれば、回収管路に設けられた絞りの上流側の回収管路に設けられた圧力センサによりガス充填ホースの内側通路から外側通路に漏洩した水素ガスの圧力を検出するため、内部ホースが劣化して漏洩した水素ガスが回収管路に回収されたのか、あるいは劣化などの異常がない内部ホースを透過した水素ガスが回収されたのかを圧力センサにより検出された圧力値に基づいて判別することが可能になる。そのため、圧力センサの測定値を監視することで、ガス充填ホースにおける水素ガスの透過量が規定値以上になったときは、ガス充填ホースの内部ホースが劣化して透過量が増大したものと判別することが可能になり、水素ガス供給の信頼性を高めることができる。 According to the present invention, the pressure sensor provided in the recovery pipe upstream of the throttle provided in the recovery pipe detects the pressure of hydrogen gas leaked from the inner passage to the outer passage of the gas filling hose. Based on the pressure value detected by the pressure sensor, whether the hydrogen gas leaked due to the deterioration of the hose was recovered in the recovery line, or whether the hydrogen gas that had passed through the internal hose without any abnormality such as deterioration was recovered It becomes possible to determine. Therefore, by monitoring the measured value of the pressure sensor, when the permeation amount of hydrogen gas in the gas filling hose exceeds the specified value, it is determined that the permeation amount has increased due to deterioration of the internal hose of the gas filling hose. It is possible to improve the reliability of hydrogen gas supply.
また、本発明によれば、ガス供給経路に設けた冷却手段により冷却された水素ガスがガス充填ホースを通過する際に外側通路に設けられた断熱材により水素ガスの温度上昇が抑制されるため、被充填タンクが高温に弱い材質で成形されている場合に水素ガスを被充填タンクに充填する際の温度上昇による影響をできるだけ減少させることが可能になる。 Further, according to the present invention, when the hydrogen gas cooled by the cooling means provided in the gas supply path passes through the gas filling hose, the temperature rise of the hydrogen gas is suppressed by the heat insulating material provided in the outer passage. In the case where the tank to be filled is formed of a material weak to high temperature, it is possible to reduce as much as possible the influence due to the temperature rise when filling the tank to be filled with hydrogen gas.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明によるガス供給装置の一実施例を示す斜視図である。図1に示されるように、ガス供給装置10は、筐体12の内部に水素ガスの供給量を計測、制御する各機器が収納されており、筐体12の正面には、ガス充填量を表示する表示器14が設けられている。また、筐体12の側面には、ガス充填ホース16が接続された継ぎ手18と、ガス充填ホース16の先端に設けられた充填カップリング20を掛止する掛止部22とが取り付けられている。充填カップリング20は、被充填タンク(図示せず)の充填口に結合される結合部と、充填された水素ガスの逆流を防止する逆流防止弁とを有する。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a gas supply apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
ガス充填ホース16は、後述するように内側通路と外側通路とを有する2重構造となっており、外側通路には回収管路24が接続されている。回収管路24は、一端がガス充填ホース16の上流側端部に接続され、他端が継ぎ手26に接続されている。
As will be described later, the
図2はガス供給装置の構成を示す系統図である。図2に示されるように、上流タンク(図示せず)に貯蔵された水素ガスは、ガス供給経路30を介してガス充填ホース16に供給される。ガス供給経路30の上流には、元弁32が設けられている。さらに、筐体12の内部のガス供給経路30には、第1開閉弁34、プリクーラ36、質量流量計38、制御弁40、第1圧力伝送器42、第2開閉弁44、第2圧力伝送器46が設けられている。
FIG. 2 is a system diagram showing the configuration of the gas supply device. As shown in FIG. 2, the hydrogen gas stored in the upstream tank (not shown) is supplied to the
また、制御弁40と第1圧力伝送器42との間のガス供給経路30から分岐した分岐経路50には、制御弁40より下流のガスを逃がすための脱圧用弁52が設けられている。そして、脱圧用弁52より下流の分岐経路50には、回収管路24に連通された回収経路60が合流している。
A
回収経路60には、圧力センサ62、絞り64、逆流防止弁66が設けられている。圧力センサ62の下流に絞り64が設けられているので、圧力センサ62は、回収管路24により回収されるガスの圧力が低い場合でも検出することができる。従って、圧力センサ62が検出した圧力値によってホース劣化により流出したガスを回収したのか、あるいは劣化していない樹脂ホースを透過した水素ガスを回収したのかを判別することが可能になる。
In the
制御回路68は、上記質量流量計38により計測された流量を積算して表示器14に充填された積算流量を表示すると共に、第1圧力伝送器42及び第2圧力伝送器46により測定された圧力値に基づいて制御弁40を制御して被充填タンクの圧力が目標圧力値に達するまでガス充填量を制御する。また、制御回路68には、ガス充填開始時に操作される充填開始スイッチ67、及び緊急にガス充填を停止させる場合に操作される充填停止スイッチ69が接続されている。
The
また、制御回路68は、圧力センサ62の検出値を監視しており、回収経路60を介して回収される水素ガスの圧力変化率の差異に基づいてホース劣化の有無を判別すると共に、水素ガス透過量の有無を判別する判別手段を有する。
Further, the
ここで、ガス充填ホース16の構成について説明する。図3はガス充填ホース16の一部を切断して示す縦断面図である。図3に示されるように、ガス充填ホース16は、ガス供給経路30から供給された水素ガスが流通する内側通路70を覆う内部ホース72と、内部ホース72の外側に形成された外側通路74を覆うように配された外部ホース76とを有する。内部ホース72は、樹脂層を3層に重ね合わせた樹脂ホースであり、内側からポリアミド樹脂からなる第1の樹脂層72aと、第1の樹脂層72aの外周を覆うように積層された高張力の合成繊維やワイヤブレードを積層して耐圧強化構造とされた第2の樹脂層72bと、ポリウレタン樹脂やポリアミド樹脂等からなる第3の樹脂層72cと、を積層したものである。
Here, the configuration of the
外部ホース76は、ポリウレタン樹脂やポリアミド樹脂等からなる樹脂ホースであり、内部ホース72とに間に水素ガスを回収管路24へ供給するための外側通路74を形成する。内側通路70を供給される水素ガスは、高圧(例えば、35〜70MPa)であるので、一部が内部ホース72を透過して外側通路74に流出する。外側通路74は、通常、大気圧であるので、内側通路70との圧力差により内側通路70を通過する水素分子の一部が内部ホース72を透過して外側通路74に到る。
The
外側通路74に透過した水素ガスは、回収管路24、回収経路60を介して回収される。その際、絞り64により流量が絞られているので、絞り64よりも上流側の圧力が上昇しやすくなっており、水素ガスの透過量が微小でも圧力センサ62により検出された圧力変化(圧力上昇率)から水素ガスが透過していることを判別することができる。また、内部ホース72が劣化した場合には、水素ガスの漏れ量が透過量の数十倍から数百倍に増大するため、回収経路60の圧力が急激に昇圧することになり、圧力センサ62の検出値の変化率から容易に判別することが可能になる。
The hydrogen gas that has permeated through the
また、外側通路74には、ガラスウール等からなる繊維状の断熱材80が充填されている。この断熱材80は、プリクーラ36により冷却された水素ガスがガス充填ホース16を通過する過程で外気温度や太陽熱により加熱されないようにしている。一方、被充填タンクは、ガラス繊維やカーボン繊維で強化されたFRP(Fiber reinforced plastics)製でるので、水素ガス充填時の温度上昇を85°Cに抑えることが要望されている。そのため、ガス供給経路30を介して供給される水素ガスをプリクーラ36により85°Cに冷却しており、ガス充填ホース16の外側通路74の断熱材80により水素ガスが周囲から加熱されないようにしている。
The
また、ガス充填ホース16の変形例として、例えば、内部ホース72または外部ホース76の何れか一方、または両方をステンレスホース(SUS316やSUS316L)により形成することとにより、充填カップリング20のアース接続が可能になり、被充填タンクが搭載された車両側の静電気を除去することが可能になる。
Further, as a modified example of the
外側の外部ホース76がステンレス材により形成された場合は、外部ホース76の引き摺りに対する対磨耗性が高められる。
When the outer
また、内側の内部ホース72がステンレス材により形成された場合は、水素脆化により劣化したことを水素透過量の増大に伴う圧力上昇を圧力センサ62により検出して内部ホース72の交換時期であることを警告することが可能になる。この現象は、外部ホース76をステンレス材により形成した場合にも発生するが、内側通路70を覆う内部ホース72の方がより高圧の水素ガスに晒されるため、内部ホース72の劣化が顕著に表れる。
When the
制御回路68は、外側通路74に連通された回収経路60の圧力を検出する圧力センサ62の検出値を監視することにより内部ホース72の劣化の有無を判別して、回収経路60の圧力が規定値以上になった場合には、内部ホース72の交換時期であると判別する。
The
ここで、制御回路68が実行するガス供給制御処理について図4のフローチャートを参照して説明する。
Here, the gas supply control process executed by the
図4に示されるように、制御回路68は、S11において、ガス充填カップリング20が被充填タンク(図示せず)に結合されて充填開始スイッチ釦67がオンに操作されると、S12に進み、被充填タンクに充填すべき最大供給圧力(目標圧力)P0をメモリから読み込む。続いて、S13に進み、制御弁40、第2開閉弁44、脱圧用弁52を閉弁させる。このとき、
次のS14では、第1開閉弁34を開弁させる。これにより、第2開閉弁44より上流のガス供給経路18に高圧水素ガスが供給される。そのため、第2開閉弁44より上流のガス供給経路30は、最大供給圧力(目標圧力)以上に昇圧する。
As shown in FIG. 4, when the
In the next S14, the first on-off
続いて、S15に進み、第1の圧力伝送器42により測定された圧力値を読み込み、測定された圧力値が最大供給圧力(目標圧力)P0以上に達したか否かをチェックする。このS15において、第1圧力伝送器42により測定された圧力値が最大供給圧力(目標圧力)P0以上に達したときは、S16に進み、第1開閉弁34を閉弁させてガス供給経路30へのガス供給を停止させる。続いて、S17では、制御弁40、第2開閉弁44を開弁させる。これにより、第1開閉弁34と第2開閉弁44との間のガス供給経路30に充填された水素ガスがガス充填ホース16及びガス充填カップリング20を介して被充填タンクに供給される。
Then, the process proceeds to S15, reads the measured pressure value by a
次のS18では、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が最大供給圧力(目標圧力)P0より低下したか否かをチェックする。このS18において、第2の圧力伝送器46により測定された圧力値が低下した場合、S19に進み、第2の圧力伝送器44により測定された圧力値が所定時間一定値を維持するか否かをチェックする。このS19において、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が低下している場合には、測定された圧力値が所定時間一定値を維持するまでS18,S19の処理を繰り返して待機状態となる。
In the next S18, the pressure value measured by the
そして、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が所定時間一定値を維持した場合には、S20に進み、この一定圧力値を燃料タンク14に残留している充填前タンク圧力値Ptとして記憶する。続いて、S21では、燃料タンク14の容積を上記充填前タンク圧力値Ptから演算する。尚、この燃料タンク14の容積を求める演算式としては、例えば、第1開閉弁34と第2開閉弁44との間のガス供給経路30の容積と、この容積に充填されたガス量(流量測定値)との関係式から求まり、既に周知であるので、その説明は省略する。
If the pressure value measured by the
次のS22では、第1開閉弁34を開弁して被充填タンクに対するガス供給を開始すると共に、制御弁40の弁開度を被充填タンクの容積に応じた制御則(定圧力上昇制御または定流量制御など)により制御する。これにより、被充填タンクへのガス供給が行なわれ、タンク圧力も徐々に上昇する。
In the next S22, the first on-off
次のS23では、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が最大供給圧力(目標圧力)P0に達したか否かをチェックする。このS23において、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が最大供給圧力(目標圧力)P0に達しないときは、S24に進み、回収経路60の圧力センサ62の圧力検出値を読み込む。続いて、S25では、圧力センサ62の圧力検出値が予め設定された規定値(水素ガスのホース透過量の判別基準値)以上か否かをチェックする。S25において、圧力センサ62の圧力検出値が予め設定された規定値未満のときは、上記S22に戻り、S22以降の処理を繰り返す。
In the next S23, the pressure value measured by the
また、上記S25において、圧力センサ62の圧力検出値が予め設定された規定値以上のときは、S26に進み、ガス充填ホース16の交換時期になったことを報知する。その後、S27に進む。
In S25, when the pressure detection value of the pressure sensor 62 is equal to or greater than a predetermined value set in advance, the process proceeds to S26 to notify that it is time to replace the
また、上記S23において、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が最大供給圧力(目標圧力)P0に達したときも、S27に進み、第1開閉弁34を閉弁させてガス供給経路30へのガス供給を停止させる。そして、S28で脱圧用弁52を開弁させてガス充填ホース16及びガス充填カップリング20の圧力が分岐経路50を介して回収される。これにより、ガス充填ホース16及びガス充填カップリング20の圧力が減圧される。
In the above S23, even when the pressure value measured by the
次のS29では、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が最小圧力(脱圧圧力)に達したか否かをチェックする。S29において、ガス充填ホース16及びガス充填カップリング20の圧力が最小圧力(脱圧圧力)に減圧されると、S30に進み、制御弁40、第2開閉弁44、脱圧用弁52を閉弁させる。
In next S29, it is checked whether or not the pressure value measured by the
この後、作業員は、ガス充填カップリング20を被充填タンクから分離させて筐体12の掛止部22に掛止させる。これで、被充填タンクに対するガス供給作業が終了する。
Thereafter, the worker separates the gas-filled
また、上記S18において、第2圧力伝送器46により測定された圧力値が低下しない場合には、第2開閉弁が閉弁できない等の異常が発生しているため、S31に進み、警報を発して上記S27に進み、S27以降の処理を実行する。
In S18, if the pressure value measured by the
このように、本実施例では、被充填タンクへのガス供給を制御すると共に、圧力センサ62の測定値を監視しており、ガス充填ホース16における水素ガスの透過量が規定値以上になったときは、ガス充填ホース16の内部ホース72が劣化して透過量が増大したものと判別してホース交換時期であることを自動的に報知することができるので、ガス充填ホース16の寿命が過ぎたまま使用することを防止でき、水素ガス供給の信頼性を高めることができる。
As described above, in this embodiment, the gas supply to the tank to be filled is controlled, and the measured value of the pressure sensor 62 is monitored, and the permeation amount of hydrogen gas in the
10 ガス供給装置
16 ガス充填ホース
20 充填カップリング
24 回収管路
30 ガス供給経路
36 プリクーラ
40 制御弁
60 回収経路
62 圧力センサ
64 絞り
68 制御回路
70 内側通路
72 内部ホース
74 外側通路
76 外部ホース
80 断熱材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該ガス供給経路を介して供給される水素ガスの流量を制御する制御弁と、
前記ガス供給経路から供給された水素ガスが流通する内側通路を覆う内部ホースと、該内部ホースの外側に形成された外側通路を覆うように配された外部ホースとを有するガス充填ホースと、
該ガス充填ホースの内部ホースの端部に接続され、被充填タンクの充填口に結合される充填カップリングと、
前記内側通路から前記内部ホースを透過して前記外側通路に漏洩した水素ガスを回収するように前記外側通路に連通された回収管路と、
前記回収管路に設けられた絞りと、
該絞りより上流側の回収管路に設けられ、前記内側通路から前記外側通路に漏洩した水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、
を備えたことを特徴とするガス供給装置。 A gas supply path for supplying hydrogen gas pressurized to a predetermined pressure;
A control valve for controlling the flow rate of hydrogen gas supplied through the gas supply path;
A gas filling hose having an inner hose covering an inner passage through which hydrogen gas supplied from the gas supply path flows, and an outer hose arranged to cover an outer passage formed outside the inner hose;
A filling coupling connected to the end of the internal hose of the gas filling hose and coupled to the filling port of the tank to be filled;
A recovery line that communicates with the outer passage so as to recover hydrogen gas that has passed through the inner hose from the inner passage and has leaked into the outer passage;
A restriction provided in the recovery line;
A pressure sensor that is provided in a recovery pipeline upstream of the throttle and detects the pressure of hydrogen gas leaked from the inner passage to the outer passage;
A gas supply device comprising:
前記外側通路に断熱材を挿入して前記内側通路を通過する水素ガスの温度上昇を抑制することを特徴とする請求項1に記載のガス供給装置。 A cooling means for cooling the hydrogen gas in the gas supply path;
The gas supply device according to claim 1, wherein a temperature rise of hydrogen gas passing through the inner passage is suppressed by inserting a heat insulating material into the outer passage.
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